从超构表面调控电磁波研究的发展历史出发，详细介绍了基于复合相位超构表面实现高效多功能调控圆偏振电磁波的原理、设计思路和实验模拟表征，对近期国内外在这一领域的研究进展进行简要的论述，着力以此引导相关研究性实验教学，并为相关领域研究人员提供指引。

量子逻辑门是实现量子计算的基本组件之一,而高保真度和高鲁棒性是量子逻辑门必不可少的关键性质。在实现量子逻辑门的各种方法中,利用几何相位的全局特性来构造量子逻辑门是一个有效的方法,它可以对一些局域扰动有比较好的容错性。本文在非绝热几何量子计算的框架下,在三能级系统中构造出了任意的单比特量子逻辑门,并创建出在实验中方便实现的脉冲形式。本文进一步研究了量子系统中存在频率失谐和脉冲振幅偏差的情况,并考虑量子系统与环境之间的退相干效应,以设计出具有更好鲁棒性能的脉冲波形。

为进一步增强加密或存储器件的实用性与安全性，设计并实现了一种多通道偏振复用的相变全息超表面，通过在多通道全息超表面设计中引入相变介质，实现了动态的可擦除功能。当耦合相变介质层处于非晶态时，所构造的编码超表面可以产生两个独立成像的全息通道。当相变介质变为晶态时，决定相位调控的交叉偏振被关闭，对应的相位编码“被擦除”。

光谱分离成像是一种可同时获取光谱信息、空间位置信息的探测技术，被广泛应用于地理、环境、生物、光学等领域，集成化是该技术的重要发展方向之一。提出了一种基于超透镜的光谱分离技术，采用选择性光谱响应单元结构对红、绿、蓝（RGB）三个波段的聚焦相位进行编码，基于单片器件即可收集不同位置的光谱信息，简化了获取光学信息的过程，推动了小型化光谱分离成像器件的进一步发展。

液晶作为一种介于液态与结晶态之间的功能性软材料，可以同时表现出液体流动性和晶体的各向异性，被广泛应用于图像显示、集成光电子学、光通信等领域。近年来，由于液晶理论研究的深入及其加工技术的发展，液晶在几何相位、动态可调谐等光场调控方面的优势推动了光学器件的平面化、集成化、智能化和小型化。综述了液晶在光场调控方面的最新应用进展，具体讨论了其对光波振幅、相位、偏振等多维度参数的调控特性，进而探讨了液晶在多功能光学器件和光学加密系统中的应用。

光的自旋轨道耦合现象在微纳尺度的光与物质相互作用中几乎无处不在。偶极辐射等非傍轴光在空间传播中具有自发自旋轨道耦合，当光遇到各向异性结构、磁性结构、手性结构，以及具有波长尺度空间不均匀的结构时，自旋轨道耦合现象也时常发生。对光的自旋深入研究不仅有利于新光学现象的发掘，还为微纳光场操纵提供了新途径。近些年来，基于几何相位的超构表面在新型自旋光控制中展示出了很多重要应用，实现了多维度、多波长的激光自旋控制，产生了纠缠光子、自旋依赖的偏振热光源等，也发展了一些基于光自旋的超灵敏测量手段。相比而言，光与无序微纳结构相互作用的研究则较少。无序结构内在的随机性使得该体系的自旋轨道耦合变得复杂，光场的表征需要考虑统计特性，为测量、分析带来了一定挑战。此外，随机系统的光子自旋霍尔效应机理还没有完全清楚，随机几何相位涨落或者涡旋都能使光产生自旋霍尔效应，但是两者有很大的物理差异。因此，光子自旋霍尔效应与无序几何相位之间的规律还有待深入探索。首先介绍光的自旋概念、不同体系下的基本自旋轨道耦合现象，然后分析以超构表面为平台研究的二维随机体系对光自旋轨道耦合与光子自旋霍尔效应的影响，包括各向异性无序、磁光涨落、涡旋、随机偶极子辐射等产生的光自旋分离现象。这些研究和分析有利于将来用光自旋霍尔信号作为新的探测和控制手段，研究相互作用体系的相变与演化。