超材料（特异材料、超构材料,Metamaterials）是由单元尺寸远小于工作波长的共振结构单元组成,并呈现出自然界材料所不具备超常物理特性的一种人工微结构材料。各向异性超材料（Anisotropic Metamaterials,AMMs）是超材料的一个重要分支,所谓各向异性超材料,即超材料中电磁波的传播特性与传播方向有关,其介电常数和磁导率张量可以化简成主轴坐标系下的对角矩阵形式,根据主轴元素符号的不同,材料的色散关系可以表现为双曲型或椭圆型,其中人们把具有双曲型（椭圆型）等频色散曲线的超材料称为双曲（椭圆）超材料。对于各向异性超材料,当介电常数或磁导率张量分量中单个或两个接近零的时候,就称为近零各向异性超材料（Near-Zero Anisotropic Metamaterials,NZAMMs）。近零各向异性超材料由于其对光子输运的独特操控特性成为海内外学者的研究热点。本论文通过设计实现了具有不同等频线型的近零各向异性超材料,并研究了基于复合左右手传输线（Composite Right/Left-Handed Transmission Line,CRLH TL）近零双曲超材料和基于金属-电介质多层膜结构近零椭圆超材料中的光子输运特性。本论文共分为五章:第一章介绍了超材料、各向异性超材料、双曲超材料、近零各向异性超材料的概念提出、研究背景与当前国内外在该领域的研究进展。在本论文的第二章,我们介绍了复合左右手传输线实现各向异性超材料的相关理论,及其等效参数的提取和样品制备。通过传输矩阵法、布洛赫理论得到超材料的等效电路模型,并计算得到二维各向异性复合左右手传输线的色散关系、等效磁导率和等效介电常数等参数,实现了微波段双曲超材料,其中通过贴片电感的并联加载加大了双曲超材料电磁参数的近零程度,并增加了频率的可调节范围,从而在宽频带范围内实现平坦的双曲型等频线。在本论文的第三章,主要研究了近零双曲超材料的方向性传输和亚波长聚焦特性。在实验中,分别用二维各向异性复合左右手传输线和微带线单元实现了近零双曲超材料和正常材料,巧妙引入楔形传输线结构和方形传输线结构设计出不同入射角度的电磁波束。研究结果表明:不同入射角度的电磁波束在近零双曲超材料中全部零角度折射,即基于近零双曲超材料实现了任意角度入射的电磁波的准直传输。同时研究了近零双曲超材料的亚波长聚焦特性,基于隧穿机制（Canalization Regime）分析了亚波长聚焦的物理机理,数值仿真与实验结果显示近零双曲超材料能够将电磁能量挤压在一个很窄的通道内传输,工作频率为0.95 GHz时的聚焦半高宽可以达到导波波长的1/31,工作频率为1.5 GHz时的聚焦半高宽可以达到导波波长的1/11,且聚焦效果不会随传输距离的改变而发生变化,并进一步分析了近零双曲超材料具有超分辨特性。本章得到的理论模拟结果与实验测量结果拟合的较好。在本论文的第四章,主要研究了利用介电常数近零各向异性材料（Anisotropic Epsilon-Near-Zero Material,AENZ）——近零椭圆超材料组成的凹面轴棱镜在可见光波段产生无衍射的贝塞尔（Bessel）光束。首先分析了轴棱镜产生贝塞尔光束的两种实现方法,与利用普通凸面轴棱镜的正常折射产生贝塞尔光束的方法不同,我们提出了一种新方法,利用凹面AENZ轴棱镜产生贝塞尔光束。然后通过合理设计Ag/SiO₂多层膜的结构参数,使得垂直于各向异性轴的介电常数近零,从而实现AENZ材料。当电磁波经不同切角的AENZ材料边界射出时,从其中每一点辐射出的电磁波波法线垂直于辐射边界的切平面。我们将具有10°和5°切角的AENZ材料镜像对称形成AENZ凹面轴棱镜,并观察其可以产生无衍射的贝塞尔光束。最后在光束中心路径上放置缺陷,观察贝塞尔光束的自愈性。本章我们提出一种产生贝塞尔光束的新型光学元件,拓宽了零折射率材料的应用。