本发明公开了一种基于双层介质超表面的宽谱光学变焦系统，属于光学器件领域，包括：第一介质超表面、第二介质超表面和平移机构；第一介质超表面和第二介质超表面平行设置，均包括多个彼此拼接的基础单元，基础单元包括基板和设置在基板上的介质柱，介质柱的横截面尺寸与其所处位置相关，介质柱为三段式结构，且中间段介质柱的折射率低于两端段介质柱的折射率，用于消除射入的宽谱入射光中的色差，宽谱入射光的波长范围为1310nm‑1550nm；第一介质超表面和第二介质超表面用于依次对宽谱入射光进行相位调制以聚焦，平移机构用于调节第一介质超表面和第二介质超表面之间的横向位移以调节聚焦焦距。实现宽谱范围入射光的变焦，并降低变焦系统的复杂度。