光可以同时具有自旋和轨道角动量，并且这两个动力学参数是由偏振和光的空间自由度决定的。亚波长数量级和新增的结构（空间非均匀）光场成为纳米光学，光子学和表面等离子体光子学的研究对象。在结构光场里，自旋一轨道相互作用变得很强。光学中的自旋一轨道相互作用有着基本的起源和重要的应用。这些作用包括自旋角动量(SAM)与外轨道角动量(EOAM)的相互作用，自旋角动量与内轨道角动量(IOAM)的相互作用，外轨道角动量与内轨道角动量的相互作用。另外，自旋一轨道相互作用在现代光学中是至关重要的。　　超表面，由自组合纳米结构组成，最近被用来研究自旋一轨道相互作用。等离激元超表面具有低的传输率，这个归因于金属的欧姆损失。然而，光学透明介质超表面极大地提高了传输效率。进而在介质超表面上构建相应的光轴分布，我们就可以获得我们需要的相位分布去操控自旋轨道相互作用。结构光场是自旋角动量与内轨道角动量相互作用的产物。本论文致力于研究基于电介质超表面的结构光场中的光子自旋一轨道相互作用，如：自旋相关的衍射，椭圆光束的光子自旋霍尔效应，测量在混合阶庞加莱球上的模式转换过程中产生的Pancharatnam-Berry相位。相关的研究工作具体如下：　　1．基于一维旋转率超表面，实现自旋相关的衍射。本文对非均匀偏振光束的自旋相关的衍射进行了理论分析和实验演示。非均匀偏振光束是一种常见的结构光场。不同于我们所熟知的标量场的单缝衍射，我们的衍射图样出现了两列的衍射条纹并且是自旋相反的，这也与菲涅耳衍射积分算出来的结果是一致的。随着超表面的周期d的减小，自旋相关的劈裂更明显了。另外，随着缝宽w的减小，衍射现象也增强了。我们的结果能够提供一种可行的途径去表征非均匀偏振光束的结构参数Ω。　　2．通过打破光场的旋转对称性，实现光子自旋霍尔效应。光子自旋霍尔效应(SHE)被证明是光束自旋相关的位移或者劈裂，这源自于自旋一轨道相互作用，并且可以通过打破光与物质相互作用系统的旋转对称性而被实现。在这里，我们阐释了通过打破光场的旋转对称性，然而保持了超表面（q板）的旋转对称性，去观测光子自旋霍尔效应。椭圆形状高斯光束是利用空间光调制器产生的。由介质纳米结构组成的超表面给入射光束的两种自旋成分引入自旋相关的Pancharatnam-Berry相位，也就是说，左旋和右旋圆偏振成分得到了恰好相反的涡旋相位。随着光束的传播，它们经历了相反的角向旋转，并且导致了角向的四瓣图样的自旋相关的劈裂。另外，随着光束的传播并且增加超表面的q值，这个自旋相关的劈裂更明显。作为对比，我们也验证了，在保持入射光场的旋转对称性时，没有自旋相关的劈裂现象被观测到。我们的发现或许可以提供一种操控自旋偏振的光子的方法进而实现在自旋控制的纳米光子学方面的应用。　　3．基于两个相同的q板，实现直接测量混合阶庞加莱球上的模式转变过程中产生的Pancharatnam-Berry相位。入射的线偏振光经过第一个q板之后变成矢量光束，经过第二个g板，又回到具有不同偏振方向的线偏振态。出入射线偏振光的相位差就是我们要测量的Pancharatnam-Berry相位。在矢量涡旋态经历了沿着混合阶庞加莱球上闭合回路的循环转变，这个几何相位就产生了。另外，这个几何相位是正比于闭合回路对应的立体角和南极与北极之间总角动量的变化。更重要的是，尽管矢量涡旋态经历混合阶庞加莱球上闭合回路的转变，零Pancharatnam-Berry相位出现了。这个有趣的现象被解释成零贝里曲率。