基于二氧化钒（vanadium dioxide, VO₂）的相变原理，提出了一种“树叶型”复合超构材料，能够实现带宽可调谐的半波片功能。VO₂薄膜为绝缘态时，复合超构材料可以看作是空芯“树叶型”金属结构，能够实现双频带的半波片功能。在1.01~1.17 THz和1.47~1.95 THz 频带范围内能够将y偏振光转换成x偏振光，偏振转换率大于0.9且平均相对带宽为26%。VO₂ 薄膜为金属态时，实芯“树叶型”金属结构的超构材料在1.13~2.80 THz范围内能够实现反射型的宽频带半波片功能，相对带宽为85%。利用瞬时表面电流分布和电场理论详细地分析了带宽可调谐半波片器件的工作原理。本文所提出的“树叶型”复合超构材料半波片器件在太赫兹成像、传感和偏振探测等领域具有潜在的应用前景。

亚波长人工微纳结构，诸如超构材料和超构表面等，可以实现很多天然材料所不具备的新颖光学性质，为电磁波的操控提供有效手段。但基于静态结构而研制出的光学材料和器件往往只具有固定的光学功能，难以应对复杂多变的实际应用需求。近年来，人们将二氧化钒等相变材料引入人工微纳结构，实现了一系列可调光学材料和器件，其性能可实时改变和动态控制。本文回顾了二氧化钒的结构、相变机制及其物理特性等研究，展示了热、电、光等激发方式对二氧化钒相变的调控，系统总结了基于二氧化钒相变实现动态可调亚波长光学材料和器件的研究进展，期望推动发展新型亚波长动态可调的光电功能材料和器件。

操控材料的等频率线可以有效的调控光与物质的相互作用。近年来，基于双曲超构材料的研究表明，等频率线从封闭圆形到开放双曲线的拓扑相变对光的传输和辐射特性有着显著的影响。本文主要综述了一类存在于双曲拓扑转变中的新型各向异性超构材料，其等频率线对应为两条相交的直线，因而被称为线性交叉超构材料。一方面，由于具有开放的等频率面，线性交叉超构材料类似于双曲超构材料，可以支持大波矢模式。另一方面，线性交叉超构材料类似于零折射率超构材料，线性的色散关系使得线性交叉超构材料中传播的电磁波的群速度方向与相速度方向垂直，这将导致电磁波沿着传播路径的零相位累积。本文系统性介绍了线性交叉超构材料的实现、物理特性以及相关重要应用，并在最后对线性交叉超构材料的发展进行了展望。

光学超构材料是由亚波长功能单元组成的新型人工结构材料，拥有天然材料所不具备的新颖光学特性。利用光学超构材料可以灵活调控光波的传播特性，可实现负折射、隐身、单向传输等新奇的光学现象。传统的光学超构材料通常具有固定的几何结构和不变的材料特性，其光学性能难以改变，限制了光学超构材料器件的可调谐性。近年来，人们通过特殊材料或者结构来设计光学超构材料，实现了对光波的动态调控。本篇综述主要围绕活性材料（如变容二极管、液晶、相变材料、石墨烯等）和结构重构（微机电系统、柔性可拉伸材料等）这两种调控机制，介绍了可调谐光学超构材料领域的研究进展，分析了基于不同调控机制的可调谐光学超构材料的特点，阐述了可调谐光学超构材料在未来应用中所面临的挑战，并展望了可调谐光学超构材料的发展前景。

近年来，纳米光学体系中共振体间耦合引起了人们的广泛关注。相对于单一光子共振结构体系，由多个光子共振体组成的复杂耦合体系有着更大的调控自由度和更令人着迷的现象。然而，相比人们在实验方面取得的进步，对于耦合问题的理论描述仍远未令人满意。本文从少体问题到周期性超构表面，从光子封闭体系到开放体系，系统介绍了多种处理共振体间耦合的理论工具，以及如何利用这些工具设计具有特定电磁波调控功能的新型超构表面。本文将着重展示本研究团队近些年在这一领域的研究进展，为相关领域研究人员提供指引与参考。