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传统光学透镜的分辨率受到衍射极限的限制,导致其无法实现远场成像,超级透镜由于其能突破衍射极限,实现远场成像,近年来成为来亚波长成像领域研究的热点。以前大部分有关超级透镜的研究仅仅将亚波长成像限制在一维和紫外波段,限制了其在实际中的应用。能够实现二维实时成像的球型超级透镜的研究虽然刚刚起步,但已受到广大研究者们的关注,不仅仅是因为它有趣的物理现象,更重要的是它能够克服衍射极限在远场实现二维实时成像。
本论文首先理论分析了能实现二维远场实时成像的球型双曲超透镜的成像机理,并根据等效介质理论,设计了一种金属层与电介质层交替组成的球型双曲超透镜结构,在结构周期远小于入射波长的情况下,这种球型多层复合结构的双曲超透镜的分辨特性能由等效介质理论很好的描述;基于时域有限差分法对设计的球型双曲超透镜模型进行了模拟仿真,通过探讨不同结构参数与球型双曲超透镜分辨特性的关系找到最好的解析度,并在此基础上结合现有加工技术水平给出具体结构参数;最后对球型双曲透镜的加工工艺展开初步的探讨。球型双曲透镜在设计上利用平滑的色散曲线,能够支持非常大的空间频率的同时拥有相同的相速度,在远场形成几乎无损的成像;另外,球型双曲透镜可以被集成到常规的光学显微镜中,在实时显微成像应用方面开拓了一个新的领域。