提出利用全介质超表面实现太赫兹波段计算全息成像技术方案，采用基于几何相位调控的全介质超表面实现了频率0.95 THz~1.2 THz的宽带全息成像。在此基础上，设计了基于几何相位和传输相位同时调控的全介质超表面并实现了偏振复用全息成像。该研究提高了超表面的复用能力和工作效率，有望解决金属超表面存在的固有欧姆损耗和低极化转换效率等问题。同时可以激发Mie型电共振和磁共振实现波前调制，为开发高效、轻便、低成本的太赫兹功能器件提供了一种新途径。

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。

随着微纳加工技术的发展，超表面在亚波长尺度对电磁波的多维度调控展现出传统光学器件难以比拟的优势。基于电介质硅纳米柱结构构建了具有双频带响应的超表面，利用微结构对不同偏振入射光反射系数的差异，通过构建梯度几何相位实现了双波长下的异常反射；同时设计了超表面灰度成像阵列，在近红外波段实现了对正交偏振态和双波长入射具有不同响应的正负灰度图像。文中提出的超表面设计为基于超表面的多功能集成技术的发展奠定了基础。

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。

超构表面是指由亚波长结构构成的纳米光学天线阵列。在合适的激发条件下，纳米天线可以产生共振，实现近场增强，进而增强非线性光学效应。相较于传统非线性光学晶体，超构表面集成度较高，有利于实现小型化的高效非线性光源。由于光只传播亚波长的距离，针对非线性谐波产生等应用，超构表面具有无需考虑相位匹配的优势。此外，超构表面具有亚波长的空间分辨率，通过对结构单元的设计和排列，可以实现对非线性谐波的相位、偏振和振幅的灵活调控。该综述针对超构表面在光学频率转换、非线性波前调控以及超快全光调控等领域的国内外近期工作进行了总结，并对非线性超构表面在走向实际应用中面临的挑战和进一步的发展方向进行了展望。