电磁超表面是一种由亚波长单元结构周期或非周期地排布在二维平面上而形成的平面型人工复合电磁材料。由于可以任意调控电磁波、剖面低、损耗低、成本低、设计简单、加工方便等特点,电磁超表面引起越来越多的关注。本论文以电磁超表面对电磁波幅度和相位的独立调控研究为基础,研究了微波多阶衍射光栅、微波全息成像、轨道角动量涡旋电磁波、贝塞尔涡旋电磁波以及全空域涡旋电磁波等应用,主要内容和创新点如下:首先,提出了一款可以独立控制幅度和相位的新型幅相双控单元。在较宽的频段范围内,该单元可以调制反射电磁波或者透射电磁波,并具有反(透)射率高、带宽性能好、可以独立调制幅度和相位以及实现90°线极化旋转等优点。该单元由上下两层正交的线极化栅以及中间的双缺口环构成,通过调整单元结构的尺寸和旋转角度可以分别控制反(透)电磁波的幅度和相位。然后,设计了反射型和透射型多阶衍射光栅。基于提出的幅相双控单元,设计了一款反射型、两款透射型超宽带多阶衍射光栅,证明了该单元可以完全调制反射电磁波或者透射电磁波。接着,提出了一种微波波段的全息成像方法。基于瑞利-索茉非衍射理论,并借助提出的幅相双控单元对透射电磁波幅度和相位强大的控制能力,设计了三款超表面,通过标准喇叭分别给三款透射型超表面馈电,可以在指定位置处复现出简单的字母组合、复杂的人像以及高清的校徽。最后,研究了轨道角动量涡旋电磁波、具有无衍射特性的贝塞尔涡旋电磁波以及全空域涡旋电磁波的产生技术。轨道角动量涡旋电磁波技术可以大幅度提升信道容量,我们研究了涡旋电磁波的产生技术,分析了涡旋电磁波的传播特性。然而,涡旋电磁波由于其衍射特性限制了传播距离,因此我们利用幅相双控超表面产生了具有无衍射传输特性的贝塞尔涡旋波束。最后我们创新性地提出了全空域涡旋电磁波的新方法,通过一款超表面同时产生反射涡旋波束和透射涡旋波束。