超表面由亚波长的二维人工周期性微纳结构组成,其灵活的结构设计方式和独特的电磁响应使得它们不仅能复现传统光学器件的功能,而且具有其他新颖的光学现象,符合现代光学系统对微型化和集成化器件的需求。但超表面在实际应用中还受到诸多限制,如工作波长主要集中在可见光和近红外波段;需要使用高相干性的激光光源;复振幅调制型超表面的应用潜力尚未被深入挖掘。为拓展超表面的应用领域,本论文通过设计和制造不同微纳结构的超表面来调控光场的振幅、相位、复振幅和相干性,在真空紫外光聚焦、光学伪装、白光全息等领域开展深入、系统地研究,取得的创新成果概述如下:一、针对角分辨光电子能谱（ARPES）中的真空紫外（VUV）光聚焦光斑大且存在球差的问题,研制具备小焦斑（0.76 μm）、长焦距（4.5 cm）、工作波长为177 nm的振幅型平板衍射透镜。相比于其它已报道的结果,平板透镜将ARPES的空间分辨能力提升3倍。该平板透镜可实现周期光栅和二维石墨烯薄片的高分辨率扫描成像,同时可用于离轴荧光光谱激发,这为研发低成本、高性能的ARPES提供技术支持。二、受到生物拟态的启发,提出光学拟态的概念。首先,利用三维纳米结构组成的微扰超表面实现光的复振幅调控,通过匹配超表面与伪装物体的光学特性,使得伪装物体和超表面组成为一个无关的新物体,实现被探测、但不能被识别的光学拟态,其在可见光波段具有160 nm的工作带宽;进一步地,利用几何位相超表面全息,将振幅型伪装物体编码成随机分布的相位对象,也可达到光学拟态的效果。该光学拟态具备大可视角、伪装对象不受限、材料适应性等特点,为研究光学伪装技术提供新思路。三、基于杨氏双缝干涉实验,系统地研究电介质超表面对光学相干性的增强效应。在单色LED光源和宽谱白光非相干光源下分别测量了不同狭缝间距的干涉条纹,通过可见度函数拟合,证明超表面能减小光源线度来增强其空间相干性,同时压缩光源谱宽来增强其时间相干性,为超表面的相干性调控提供直接依据。基于超表面的相干性增强效应,在非相干白光照明中实现散斑降低的彩色全息成像,为发展非相干光源超表面提供科学依据。