自由曲面光束强度与波前调控旨在借助多个自由曲面实现对光束强度与波前两个属性的精准调控，然而这一调控工作通常要求观测平面垂直于光轴，导致系统光路布局受限。针对这一问题，文中提出了一种可实现灵活光路布局的自由曲面光束强度与波前调控方法。首先设定一个垂直于光轴的虚拟观测平面，并建立目标离轴观测平面上的特定照明分布和该垂轴虚拟观测平面上相应照明分布之间的映射关系。结合斯涅耳定律、局部能量守恒定律和光程守恒约束，建立针对垂轴虚拟平面的带有非线性边界条件的光束调控Monge-Ampère (MA)方程，之后采用有限差分法求解该垂轴布局光束调控模型，进而得到非垂轴观测平面上自由曲面光束强度与波前调控的数值解。采用该方法设计了一个用于调控点光源光束强度与波前的自由曲面透镜，借助蒙特卡洛光线追迹，验证了该方法在非垂轴观测平面上自由曲面光束强度与波前调控中的有效性。

超表面是一种由人工微结构组成的超薄平面器件，能够实现对电磁波振幅、相位以及偏振态的调控，具有体积小、重量轻、集成度高、可灵活操控电磁波等优势，在电磁波谱、波前调制中发挥着巨大的作用。综述了近年来基于超表面的太赫兹波前调制器件的研究进展。总结了基于Pancharatnam-Berry相位、基于局域表面等离子体共振(LSPR)、基于Mie共振的三种超表面单元结构对电磁波的振幅、相位调控机理，并讨论了实现高效率超表面的方法。之后，介绍了用于设计波前调制超表面器件的纯相位调制方法和复振幅调制方法。综述了在太赫兹波段典型的超表面波前调制器，包括单一功能、复合功能以及可调谐功能的超表面波前调制器件。在早期的研究工作中，设计的超表面可实现波束偏转、波束聚焦、全息成像、以及涡旋光束、自聚焦光束、洛伦兹光束等特殊光束产生等功能。为提高太赫兹器件的利用率，波分复用、偏振复用等功能复用的太赫兹超表面器件被提出。随着对太赫兹波前动态调控需求的增长, 一些主动的太赫兹超表面器件被提出并在实验上被验证。共有两种主动的超表面器件。其中一种主动超表面是通过将超表面结构与半导体材料或相变材料结合形成的，另一种是通过光泵浦硅片形成的全光器件。全光超表面在不用重新加工的前提下能够被重复使用。通过调整投影在硅片上的超表面图像即可动态操控太赫兹波前。全光超表面具有动态控制波束扫描和波束聚焦的能力，将来可应用于太赫兹通信、太赫兹雷达等领域。最后，对太赫兹波前调制超表面器件的发展趋势与应用前景进行了展望。

偏振是光的固有属性之一，然而传统的光强、光谱探测技术会造成电磁波的偏振信息的丢失。同时，基于偏振测量的器件及技术不仅存在视场局限的问题，而且系统复杂。基于介质型超表面设计了一种紧凑型大视场偏振探测器件，实现了对入射光的角度及偏振态的探测。该器件由2×2的二次相位超表面组成，每个超表面可实现对特定偏振的对称性变换，即将入射角旋转对称性转变为焦平面内焦点平移对称性。二次相位的对称性变换理论使得此文可以在宽角度范围内（-40°~+40°）通过测量焦点的偏移量实现对入射角的表征。在此基础上，分析了斜入射对测量Stokes参数的影响，得到矫正的Stokes公式。利用4个焦点的强度和矫正的Stokes公式可计算出入射光的Stokes参数。在视场角为0°、20°、40°时，测量的Stokes参数与理论值吻合良好。