为进一步拓展微纳米周期超结构功能特性，满足光学周期超结构高精度设计需求，基于时域多分辨分析方法，从Maxwell方程出发，推导出微纳米三维半球光学周期结构表面散射耦合场，计算结果与时域有限差分方法结果吻合良好。给出微纳米三维半球光学周期结构表面场分布并数值计算微纳米三维半球光学周期结构表面微分散射截面，提炼分析填充材质、半球尺寸、半球间距等参量对光学周期结构表面散射场影响规律。结果表明：P偏振下电场分布更能突出周期结构表面结构单元轮廓；散射场值随入射角变大，在对应镜面散射角方向逐渐减小；在半径和波长值相当时，填充单元散射场峰值个数与探测范围内填充单元个数吻合；随填充半球间距增大，散射场的极大值数递增，且极大值对应的角度区间依次减小。