Surface plasmon(SP)是一种存在于介电常数实部符号相反的两种材料界面处(比如,金属与电介质的界面,包括放在空气中的金属板)的波。它是电磁场与材料表面电子振动的结合,包含以下两种情况:在平面的材料界面处的surface plasmon polariton(SPP),以及靠近微粒表面的 localized surface plasmon(LSP)。SP具有良好的空间局域和电场增强特性,在亚波长光学领域中有巨大的潜力。SP的性质可以通过在界面处制造微结构来进行调控。基于SP的metasurface是一种包含人造的亚波长金属微结构的材料。利用LSP的性质,人们可以通过改变微结构的材料以及它们的几何参数来调控光。Metasurface已经实现了许多有趣的光学性质,例如,反常反射和折射、聚焦、全息等。在本论文中,我们设计验证了三种metasurface,并结合理论分析和数值模拟研究了它们的性质。这三种metasurface分别实现了单向SPP源、高效率的反常折射、以及多功能的metasurface。它们期望能在集成光学器件中发挥出重要作用。首先,我们介绍了单向SPP源。我们利用不同几何参数的狭缝来激发SPP。这些SPP之间存在干涉。通过精心设计狭缝的几何参数以及狭缝之间的距离,可以使得SPP在某一方向干涉相长而在相反方向干涉相消,最终得到单向的SPP传输。该metasurface可以被用作集成光学器件的SPP源。接着,我们展示了一种能实现高效率反常折射的三层的metasurface。该metasurface利用了 Fabry-Perot共振来提高效率。它包含能对入射光进行调控的金属天线和具有偏振片作用的金属光栅。它的效率达到了单层metasurface的15倍以上。我们期望这种三层设计能为提高透射光的效率开拓视野。最后,我们设计并验证了一种多功能的metasuface。该metasurface包含沿不同方向的金属棒、一金属反射面、以及它们之间的电介质夹层。这些各向异性的微结构能制造出相位梯度,并且它们的响应跟圆偏振光的手性有关。具体的研究成果主要包含以下三个方面:我们同时实现了反常反射和旋光,这展现了metasurface的多功能性;我们清晰地展示了为了达到理想效果,反射系数需满足的条件,这可能会有利于今后的结构设计;我们给出了在不同入射波长、不同入射角、不同旋转角的情况下的模拟结果,发现该metasurface在许多场合都能具备有效性。我们认为,这一成果可能会对在小体积内实现光路径的调控以及旋光发挥出作用。