聚焦透镜是构成光学成像系统的基础元件,被广泛地应用于生物学、医学、材料学和微电子学等众多领域的技术研究和工业制造中。然而,由于光的衍射现象,传统光学透镜能分辨的最小特征尺寸被限制在衍射极限内。因此,突破衍射极限获得更高成像分辨率对于微纳领域的研究来说意义非凡。近年来,光学超振荡现象已经被证明可以实现非侵入式的远场超分辨成像。这种新颖的现象本质上是光场精细干涉的结果,它可以有效地避免复杂的近场操控技术和特定的染料标记。超构表面作为一种超薄、超轻、易集成的人工二维超材料,能够实现对电磁波的相位、振幅及偏振的任意调控。基于这种灵活的波前调制,超构表面已被广泛地用于构建超振荡场,实现超衍射聚焦。本论文开展了基于超构表面的消色差超衍射透镜的研究方法,论文的主要研究内容包括:1.设计了一种基于几何相位调制的多波长消轴向色差超振荡透镜,且设计方法不涉及空间复用和空间堆叠技术,可有效地避免复杂的制造工艺。根据超振荡光场的性能参数,建立起多目标、多约束条件的优化模型,反向优化出光场所需的相位分布。借助于几何相位在圆偏振光下的调制机理,构建了能将波长为473nm,532 nm和632.8 nm的可见光聚焦在同一轴向平面上的超振荡透镜。通过进一步的仿真计算,在这三个波长下所产生的焦斑尺寸分别为衍射极限的0.706,0.722和0.750倍。2.针对拓展超振荡透镜工作带宽的问题,提出了一种宽带消色差超衍射聚焦透镜的设计方法。根据超衍射焦斑的性能指标,建立了相应的逆向优化模型。通过线性优化算法,可以得到实现超衍射聚焦所需的相位调制函数。通过改变单元结构的几何参数来独立地控制不同波长的传输相位,且相位响应随结构参数在[0,2π]内多次折叠。利用粒子群算法可优化出能匹配理论相位分布的全模结构,并通过仿真验证了在可见光492 nm～592 nm范围内0.8倍衍射极限的宽带消色差聚焦效果。