本论文工作来源于国家重点研发计划资助项目(NO.2017YFB043002)和国家自然科学基金资助项目(NO.61574097)的支持,基于表面微纳结构的GaN基发光器件光输出特性调控研究。传统光学元件体积大、功能单一,球差及色差较为明显,为减小光学器件体积,实现器件平面化,可应用于微型成像系统的超表面光学器件研究应运而生。超表面通过亚波长几何结构在二维平面内调控电磁波的相位、振幅、偏振状态等参数,突破传统电磁定律的限制,实现异常折射、异常反射、聚焦成像、偏振态选择、完美吸收、全息成像、产生涡旋光束等功能。超透镜是一种聚焦超表面结构器件,可实现较宽波长范围内的消色差聚焦成像,近似平面的表面结构使得球差更小及具有很高的集成度等优点。本论文主要工作如下:提出了在氮化镓(GaN)衬底上由GaN纳米柱阵列构成的超透镜器件,通过改变纳米柱底面宽度值或者高度值对入射光进行2π范围的相位调制,实现对透射场的光场调控。在高度调制相位方法的基础上,考虑实际工艺的易操作性,进一步提出了刻蚀深度调制相位的方法。本文采用了时域有限差分法(FDTD)算法和FDTD solutions软件,仿真和研究了超表面透镜的透射电磁场性质。研究了超透镜的光场调控机理,利用米氏理论研究了基于传输型相位的超表面透镜的结构单元与入射光场的相互作用。研究宽度调制相位、高度调制相位和刻蚀深度调制相位这三种超透镜结构的光场调控特性,以波长为400 nm-700 nm的线偏光入射条件下,仿真实现了三种结构的宽波段聚焦。讨论分析了选取几何参数的入射波长、入射角度、几何结构对超透镜聚焦特性的影响,并提出了40 nm宽波段的消色差聚焦超透镜。GaN材料的超透镜器件可以实现宽波段范围内的连续聚焦,集成到GaN基LED之后对于提高光源利用率有十分重要的意义,同时在集成光子器件、微型成像等领域具有广阔的应用前景。