随着微纳加工技术的发展和对电磁波研究的深入,人们发现可以利用微纳结构控制电磁波的传播行为,实现自然界中材料无法产生的特殊现象,从而实现许多新的现象和应用。这种微纳结构材料被称为人工电磁材料,人工电磁表面是人工电磁材料的二维实现形式,作为人工电磁材料的重要方向之一,人工电磁表面具有损耗低,加工方便等一系列优势,基于人工电磁表面的应用包括电磁隐身,光的异常折射,全息图,平面透镜等。在本论文中,我们对介质基人工电磁表面在电磁波调控方面进行了研究。主要包括线偏振光自旋分束器件的设计,人工电磁表面透镜的设计研究,基于石墨烯表面对入射红外光透过率的调控研究等。首先,我们在近红外波段利用人工电磁表面实现了透射式光子自旋霍尔效应。从琼斯矩阵出发,利用坐标变换计算出线偏振光自旋分束的透射式人工电磁表面结构的两种实现条件,基于计算结果设计了人工电磁表面结构的具体实现方式,并在1550nm工作波长下进行了仿真验证。然后,我们通过引入背景相位梯度同时将出射旋光偏折一个角度,从而达到非对称自旋分束效果。在这项工作的基础上,受到编码式人工电磁表面设计思路的启发,我们设计了可调型的人工电磁表面结构,它可以通过入射线偏振光偏振方向的改变来调制出射圆偏振光的方向。其次,我们扩展了全息Gerchberg-Saxton(G-S)迭代算法的应用范围。研究了人工电磁表面在计算全息图方面的应用,目前普遍采用的计算全息图的方法为G-S迭代算法,即通过全息面和目标像面通过菲涅尔衍射算法反复迭代优化,最终获得全息面的相位分布。我们在此基础上,通过设置两个目标面,在两个目标面和全息面之间进行反复迭代优化,最终获得的人工电磁表面可以在入射平行光的照射下产生一束光在不同位置呈现出不同的平面信息,并通过Matlab计算验证。接着,我们讨论了人工电磁表面透镜相对于菲涅尔透镜的优势,在单个人工电磁表面透镜上解决了多波长工作的问题。研究了基于介质的人工电磁表面透镜和传统菲涅尔透镜在相关性能上的差异,通过仿真验证,我们发现在色散方面两种透镜相同,都是基于类光栅式的设计思路。但是在大数值孔径下,人工电磁表面透镜在聚焦效率,衍射抑制等方面均优于菲涅尔透镜。并且针对目前人工电磁表面透镜色散较大的问题,我们设计了能同时工作在红绿蓝(RGB)三个波长下的多通道人工电磁表面透镜,通过设置滤光片的方式避免了不同的通道之间产生的干扰问题,在单个透镜上解决了多波长工作的问题。并通过仿真对聚焦效果进行了验证。由于人工电磁表面透镜的优势在于超薄超轻,因此非常适合应用于航空航天,导弹导引等对成像系统的质量体积有特殊要求的场合。对于可调谐性表面,我们尝试利用石墨烯和硅材料形成的表面肖特基结通过外加电压和光照的方式对红外波段的入射光进行调制,实验证明,外加偏压和光照可以改变红外入射光的透过率数值,这种调制方法具有潜在的应用价值。最后,总结了全文,同时对人工电磁表面的未来发展提出了展望。