轨道角动量(OAM)光束是一种具有螺旋形相位结构的特殊涡旋光束,其所具有的相位因子可表示为exp(i??),其中?是方位角,?是拓扑荷值,OAM光束中的每个光子都携带有特定的轨道角动量值?η。由于其具有的特殊相位结构和相互正交的模式,所以对于提高量子通信以及光通信中的通信容量、通信速率和通信安全性等都具有较大潜在应用价值。利用一种二维平面周期性人工材料——超表面来实现亚波长内电磁波的调控,从而产生OAM光束使之满足未来通信发展需求受到越来越多的关注。本文围绕超表面对于OAM叠加态和平坦OAM叠加态功率谱的产生与调控方法展开研究。设计了相比于其他超表面OAM产生器叠加OAM模式数更多且功率波动更加平稳的OAM产生器。论文的主要研究及成果包括:1.设计了一种能够产生OAM叠加态光束的超表面器件。由于OAM光束具有螺旋形的相位波前,在此利用超表面几何相位调控方法,通过合理的设定超表面方位角与偶极子单元旋转角度的函数关系,形成螺旋形的相位梯度。入射的偏振光束在通过具有空间变化旋向的偶极子单元阵列组成的超表面后,可获得携带二次幂指相位因子的相位光场。相位因子经过傅里叶级数展开能够得到角动量模式数量高达数十阶且拓扑荷间距为1的角动量叠加态,叠加态功率谱平坦区间内各模式间相对功率变化小于3d B,且能在较宽频带内工作。2.设计了一种产生OAM叠加态且功率波动小于1d B的超表面产生器。得益于超表面结构分区实现多功能控制的思想,将两套旋向不同的超表面偶极子单元结构进行均匀交叉排列从而实现多功能的组合,使二次幂指相位因子实现线性叠加,得到入射光的相位增幅调制。对其得到的相位因子进行傅里叶级数展开可获得OAM叠加态各模式间相对功率波动小于1d B的功率谱,并且在不同圆偏振态的入射光下,得到的叠加态OAM功率谱相互分离,从而实现动态偏振调控,且能在635nm-730nm的波长范围内有效工作。