微纳结构是指人为设计的、具有微米或纳米尺度特征尺寸、按照特定方式排布的功能结构。随着第三代光学成像技术向集成化、轻量化、超大口径发展，传统折反式光学系统面临着诸多瓶颈，而微纳结构光学微纳结构紫外压印元件具有重量轻、设计自由度高、结构灵活等特点，在成像领域展现出显著优势。本文系统研究了平面衍射透镜和超表面两种微纳结构的成像原理、宽带调控机理、设计方法和成像实验，为下一代光学成像技术提供了全新的技术途径。主要研究工作包括:

　　1)基于平面衍射透镜的轻量化成像原理方法研究，针对衍射透镜色散严重的问题，分析并建立了宽波段消色差模型;开展了基于平面衍射透镜的口径5米空间天文望远镜光学设计，采用离轴反射式结构避免了同轴系统的挡光效应，利用多重位相衍射原理实现了连续光谱成像带宽，带宽覆盖可见光和红外全部谱段;

　　2)提出了两种基于超表面的宽带位相和偏振调控原理，利用超表面微纳结构解决方案色散调控实现了4倍频程宽带位相和偏振转换，通过超薄空间变化和频谱设计的自旋轨道作用，实现了电磁特征的虚拟位相整形;基于上述原理设计了透射和反射式光天线阵列超表面新型成像器件，实现了可见光光学漩涡聚焦和红外成像，其中反射式超表面能量利用效率超过90％;

　　3)搭建了显微镜三维光场测试平台，解决了超表面成像面临的中间场成像测试难题;研究获得了精度20nm非规则纳米结构和大矢高32台阶微纳结构制备工艺;完成了平面衍射透镜宽波段成像实验，在可见光范围内获得衍射像质，验证了宽带消色差原理。