超构材料(metamaterial)指的是人工设计的由亚波长微结构单元组合而成的光电功能性材料，通过调节其有效介电常数和磁导率，人们可以调控电磁波与介质之间的相互作用，从而实现若干新奇的物理性质，如负折射系数、超透镜、完美光吸收，等等，这些性质往往是传统材料所不具备的。超构材料初期研究中所涉及的电磁共振单元基本是二维结构。随后若干课题组对三维结构的电磁性质进行了探索。三维立体结构相比二维平面结构有着诸多方面的优势:它增加了一个自由度，使得可调节参数和电磁响应模式更为丰富;三维结构可以更好地进行手性设计，区分对左/右旋偏振光的响应;拓宽响应频率的带宽并满足空间各项同性的要求，等等。　　本论文研究三维金属微结构的光学性质，利用计算机模拟软件设计不同的三维立体结构，发现并优化其光学性质，在此基础上利用双光子三维直写技术制备出所设计的三维微结构阵列，并从实验上加以验证其物理性质。本论文的主要研究成果包括:　　1.利用立体L型结构构造手性超构材料，实现宽频无色散波片性质。　　偏振作为光的基本性质之一，表征着光的重要信息。为了调控光的偏振态，我们设计出L型三维金属结构，以此为基本单元构造阵列，当外加电磁场入射到这种阵列结构表面，其两个正交方向的电场分量的幅度和相位可以被独立调控，通过调节其几何参数，这种结构可以实现庞加莱球表面任意一点所对应的光的偏振态。实验上我们制备了两种尺寸的L型结构阵列，这两种尺寸可分别用于实现四分之一波片和半波片的功能，且具有宽频无色散的优点。　　2.研究了三维U型结构的光吸收性质，并对其在偏振成像上的应用进行了探索。　　设计出U型立体结构，以此为重复单元构造阵列。一束线偏振光正入射到阵列表面，当入射光偏振方向与U型结构底边平行时，在工作频率处，面电流被激发并且沿着金属结构表面形成振荡，导致入射波的能流从自由空间汇聚到微结构处，电磁波能量逐渐转化成热能，具有光吸收的性质;当入射光偏振方向与U型结构底边垂直时，结构对入射电磁场几乎没有响应，入射光能量大部分被反射回去。该结构可以用于构造光的吸收器，其工作频率和吸收效率可以通过改变结构参数来调控。在此基础上，我们利用其偏振敏感的特性，对这种结构进行组合设计，将吸收态定义为暗像素，将反射态定义为亮像素，并利用频率和偏振两种参数，成功在一个样品中集成了两种甚至四种图像信息，这些信息只能通过红外探测技术才可以分辨。该工作为信息加密存储、提高信息存储容量方面提供了一种有效的思路。