传统光学元件是通过调节透镜表面厚度,光束通过透镜后产生光程差,实现对相位的调控,因此存在体积和重量大,设计自由度低,且具有曲面轮廓等问题,不利于现代光学系统的微型化和集成化的发展。随着微纳加工技术的发展,利用超表面单元结构实现对相位的精确调控成为了当今的研究热点。超表面是一种厚度为亚波长的人工材料,基于光与物质的相互作用,结合了光学与纳米科技的新兴技术,可以实现对电磁波振幅、相位、极化方式、传播模式等的有效调控。在超表面概念提出后,国内外的研究学者对其进行了广泛而深入的研究。目前,二维平面结构超表面的研究波段已经拓展到近红外甚至可见光波段,其不仅突破了传统材料电磁属性,还克服了超材料三维结构加工难度大的问题,为纳米光学器件微型化、集成化提供了理论基础。由微纳结构阵列构建的超构透镜体积小、重量轻,可通过复合结构设计实现功能化拓展,是当前光学成像领域蓬勃发展的前沿技术之一。现已报道的超构透镜口径一般为微纳米级,对于诸如厘米级口径的超构透镜,其微纳结构单元数量可达到数十亿个。如果采用逐一建模的方式绘制这些海量的微纳结构,必然导致版图文件过大,以至于图形绘制时间长以及版图无法打开的情形。为了解决此问题,本文基于版图设计软件L-Edit,提出环状布局的超构透镜设计方法,并采用二进制与库调用相结合的方法绘制超构透镜每个圆环中构建单元阵列,从而实现大口径超构透镜版图文件的有效压缩。研究结果表明:设计的超构透镜实现了亚波长聚焦。另一方面,针对口径为50 mm的超构透镜,利用本文提出的版图绘制方法,其版图文件大小为176 MB,远小于采用逐一建模绘制方式生成的版图文件大小（3.70 TB）。对于口径为120 mm的超构透镜,采用该方法,其版图文件大小仅为452MB,本文实现了大口径超构透镜版图设计文件海量数据的高效压缩,从而保证了大口径超构透镜元件设计的可制造性。最后,对超构透镜聚焦性能的容差特性进行了系统性研究,主要分析了入射光误差及超构透镜构建单元的形状及参数误差对超构透镜聚焦性能的影响,研究结果确定了入射光波长误差、入射光角度误差、构建单元参数误差及构建单元形状误差的范围,使得所设计的超构透镜在保证良好的聚焦特性的前提下具有可制造性。