光学显微镜是人们认识微观世界的重要途径,在生物、医学、工业等自然科学研究领域有着重要的应用,但是由于衍射极限的存在使其分辨率受限。因此,科学家们一直致力于超分辨成像技术的研究,并取得了卓越的成果,包括光激活定位显微成像技术、结构光照明超分辨成像技术和受激辐射损耗荧光显微成像技术等。但是目前的超分辨显微成像系统存在设计复杂、体积大、成本高和难集成等问题。不同的成像技术还存在成像过程耗时、图像重建算法复杂和样品带有荧光特性等缺陷。基于此,本论文提出了面向超分辨显微成像的微纳器件光场调控方法。微纳器件具有设计灵活、体积小、易集成和对光场多维度调控的特性,利用其对光学显微成像照明光场、物面光场、像面光场和物镜光场色散分别进行调控,不但能实现光学显微成像分辨率的提升,而且有望为系统的集成装配和微型化奠定一定的理论基础。主要开展的研究工作如下:（1）基于微球的超衍射聚焦特性,研究了面向超分辨显微成像的微球透镜对显微成像体统物面光场的调控。首先,研究了空心微球透镜的超分辨成像理论,结果表明空心微球相当于通过实心微球的光聚焦特性建立了较高的有效数值孔径,使得聚焦光斑拉长和变细,并能将成像光斑压缩至λ/5,并在实验上对空心微球的超分辨成像进行了验证。其次,研究了微球与浸没液体折射率的匹配关系,构建模型并进行仿真分析,结果与理论一致。最后,在实验上证明了非球状微透镜的超分辨成像能力,非球状微透镜不需要购买商业的微球,成本低,应用范围更广。（2）针对传统产生涡旋光束器件的体积大、难集成等问题,提出了超表面驱动超分辨显微成像涡旋照明光场调控方法。首先,研究了涡旋照明光束实现超分辨成像的理论,并构建模型对其系统分辨率的主要参数—涡旋光束的内外孔径之比进行了分析,结果表明窄带产生的分辨率高于宽带。其次,设计了基于超表面的环形涡旋光束超透镜,对形成超透镜的超原子进行优化,得到偏振转换效率为98%的超原子,并对该器件进行了数值分析。最后,利用微球对环形涡旋光束和平面波分别进行聚焦,结果表明利用环形涡旋光束照明可以显著提高成像分辨率。（3）针对目前产生贝塞尔光束的器件体积大、难集成、存在球差影响成像质量等问题,提出了面向超分辨显微成像的平面轴棱锥像面光场调控方法。首先,研究了平面轴棱锥的超分辨成像理论,可将衍射极限光斑减小1/3。然后,设计了基于超表面的具有偏振不敏感特性的平面轴棱锥,通过对该平面轴棱锥进行数值分析,结果表明其半高宽与理论最小分辨率结果一致,且不依赖波长,适合宽波段的光学显微镜;同时分析了平面轴棱锥的像差,与传统的轴棱锥相比,平面轴棱锥为无球差器件,能提高成像质量。最后,利用基底前表面的折射设计了反向入射平面轴棱锥,该方法可增大平面轴棱锥的数值孔径,进一步提高成像分辨率。（4）针对传统显微物镜体积大、难以微型化的问题,设计的两种消色差超透镜都突破了大带宽连续范围内的色差难题,拟对物镜光场色散进行调控。首先,研究了超表面透镜的色差理论。其次,利用相位补偿法设计了一维和二维两种结构的宽波段消色差超透镜。最后,通过数值分析,二维消色差超透镜的半高宽接近衍射极限,与现有的消色差透镜组可媲美。设计的两种消色差超透镜都是仅由基底上的单层纳米柱组成,不涉及空间复合或级联,对其替代传统物镜中校正色差的透镜组形成微型化显微物镜具有重要意义。