分辨率指图像中可分辨出的两点最小间距,是图像至关重要的参数。随着时代发展,在生命科学,材料科学以及现代工艺领域等,对成像分辨率提出了越来越高的要求。因此,研究能够实现超分辨显微成像的技术有重大的意义。一系列能够获得突破衍射极限的超分辨显微成像技术被提出,其中微球超分辨技术由于装置简单,无需对样品标记等优点,受到广泛关注。微球显微技术同样存在一些问题,首先分辨率提升有限,一般只能区分百纳米左右的结构;其次,采用微球进行超分辨成像时,通常将微球置于样品表面,无法在远场成像;最后,介质微球的直径一般是10μm左右,并且微球距离样品很近,导致成像的视场较小,成像速度较慢。因此,微球的成像分辨率,远场成像以及成像速度方面需要进一步研究。微球实现超分辨成像的主要原因是,平面波照射微球产生的亚波长聚焦光斑,即光子纳米喷射。光子纳米喷射的横向尺度对应成像分辨率,纵向尺度可以为远场成像提供条件,同时多光子纳米喷射的分布有利于成像速度的提升。在相同条件下,微球和微柱具有同样的超分辨成像效果,同时微柱在结构上更有优势,因此本文以微柱作为基本结构。所以,本文以微柱产生的光子纳米喷射为对象,围绕上述三个方面展开研究,主要内容如下(1)提出了多层的微柱结构,对横截面为圆形的微柱进行分层,每层对应着不同的折射率,其中折射率垂直光轴梯度变化,得到横向尺度上超窄的光子纳米喷射,在横向尺度上的半高全宽为116.6nm(λ/4.3),有利于成像分辨率的提高;阐明了该现象是由折射率不同导致的干涉叠加形成;指出用不同折射率平板组合的方式,可以获得基本一致的光子纳米喷射,为加工制造提供一种新的思路;(2)提出了横截面符合高斯分布的微柱结构,得到了在纵向尺度上很大的光子纳米喷射,有利于在远场进行显微成像;讨论了不同的高斯分布对光子纳米喷射的影响,表明了高斯分布的标准差是影响光子纳米喷射的主要因素;(3)提出了横截面为凹形半圆的微柱结构,产生了双光子纳米喷射的分布情况;凹陷部分为矩形时,得到了纵向分布的双光子纳米喷射;凹陷部分为三角形时产生了横向分布的双光子纳米喷射;讨论了波长以及凹陷部分的尺寸对双光子纳米喷射的影响。