片上超表面是将超表面引入到集成光波导上以实现对导波的任意调制，它为导波与自由空间光波之间的转换提供了一个方便且通用的平台。尽管之前在片上全息方面已经做出了一些探索，但在扩展编码自由度和多路复用方面仍需突破。本文提出并实验验证了一种基于片上超表面的多路复用全息显示器件。通过迂回相位和几何相位的融合,使片上超表面将导波以圆偏光的形式耦合到自由空间中，以打破此前片上超表面沿传播方向上相位简并的局限性，进一步扩展了编码自由度。同时使用模拟退火相位优化算法和多路复用技术，实现了可独立编码的四通道远场全息显示复用。本文的设计方法以片上超表面的多功能集成，为具有高信息存储容量的集成光通信提供了一种新的途径。

无衍射光束是一种能在自由空间稳定传输的光束。近来，一类具有复杂光学形态的无衍射光束被引入，比如马蒂厄光束、抛物光束、非对称贝塞尔光束等。为了产生具有复杂结构的无衍射光束，需要对光波进行复振幅调制，即同时调制光波的振幅和相位。但目前的商用光学调制元件只能调制光波的振幅或相位。本文基于二元计算全息法，编码二维复透过率函数分布，构建了具有复振幅调制功能的二元实振幅非负计算全息图。利用实验室自主研发的投影成像光刻系统，对银盐干板进行曝光处理，经显影、定影处理，将其加工为相应的振幅掩模板，用来产生精确的具有复杂结构的无衍射光束。以无衍射马蒂厄光束为例，采用罗曼型迂回相位编码方法，在全息图每个抽样单元内开一个矩形通光孔径，通过改变通光孔径的面积来对复值光波的振幅进行编码，通过改变通光孔径中心偏离抽样单元中心的距离，来对复值光波的相位进行编码。最终构建了两种产生马蒂厄光束的典型二元实振幅计算全息图，其像素数高达28000 pixel×28000 pixel。之后利用加工好的振幅掩模板，准确、方便、高效地产生了的椭圆系数q=10，拓扑荷数m=0与m=1的第一种偶型马蒂厄光束，其他类型的马蒂厄光束可相应产生，这是一种光束形态多样、光束结构复杂的无衍射光束。实验结果证实，采用罗曼型迂回相位编码方法产生具有复杂结构的无衍射光束，有效避免了实验过程中分离的相位调制元件和振幅调制元件之间的对准误差，二元计算全息编码法是一种能用来调控产生复杂结构无衍射光束的新途径。