（光学工程专业论文）层结构人工电磁介质次波长成像的研究.pdf

摘要 摘要 仅单层贵重金属层就可以将宽频倏逝波( 例如从点源产生的) 放大从而使像具有次波 长的分辨率。因此我可以利用一个更加实用的多层结构( 超级透镜) 来在近场获得更加好的 次波长像。在过去的几年中，次波长成像由于它的很多重要的潜在应用已经成为一个新的 被广泛研究的领域。在本论文中，除了研究了层结构近场的次波长成像，还对远场的次波 长放大成像进行了研究。 在第二章中，一个简单的设计，将特定厚度的介质膜和银膜被放在掩模板和一层光刻 胶之间，被利用来提高传统光刻的分辨率，同时也进行了对比试验。这些实验有效验证了 银膜成像的能力。 第三章中， f a b r y p c r o t 共振效应在这里被应用于将光频段的次波长的图像传输到距 离源较远的距离( 例如，几个波长) 。由交替的金属和介质层组成的两种不同特性的结构( 具 有匹配和不匹配的阻抗) 首先在无损情况下和较短的传输距离( 一个波长) 时被进行了比较 研究。发现由于f a b r y p e r o t 共振的关系，阻抗匹配并非是次波长成像的必要条件。通过 对周期厚度的合理选择可以将f a b r y p e r o t 共振放大控制在某个倏逝波区域，因此 f a b r y - p e r o t 共振峰附近的倏逝波都得到了合适的放大。利用这种机制，可以设计一个层结 构，从而具有好的分辨率，大小在可接受范围内的旁瓣，以及较大的周期厚度的变化区间 ( 当周期厚度在此变化区间内选择时，都可以获得次波长的像以及可接受的旁瓣) 。另外还 研究了随着材料损耗的增加，对系统次波长成像能力的影响。 第四章中，合适的表面结构设置可以被用来较大幅度的提高由正负介电常数组成的层 结构的次波长成像的分辨率，这不仅适用于光波段也包括红外波段。基于这一机制，发现 改进后的层结构在选取真实损耗作为参数值时依然表现出了良好分辨率的特性，同时它对 总厚度、周期数以及表面层厚度的变化并不十分敏感。同时基于改进后的结构，还通过优 化等效节电常数的值来使系统获得更好分辨率。 在第五章中，两种特殊的材料被利用在层结构次波长成像中，以使结构具有可调特性。 首先利用复合材料代替纯的负介电常数材料，通过改变复合材料的填充因子，和选用合适 的正介电常数介质，可以使操作波长处在光波段的任意位置，而且使用具有合适表面层设 置的复合介质结构也可以获得很好的分辨率。另外利用阶梯型三能级系统来实现微波段的 i 浙江大学博士毕业论文 负磁导率。这一机制的最显著特性就是可以实现原子水平的各向同性的负磁导率。它可以 作为负磁导率材料( 或者利用特殊的原子系统和选择合适的参数选择来实现负介电常数材 料) 来构造层周期结构，从而实现次波长成像功能，同时其负磁导率( 或者负介电常数) 值可以通过外部耦合光场等参数来控制。 第六章中，对远场放大透镜进行了研究。发现具有有限但很长色散曲线的结构也可以 被用来进行突破衍射极限的远场成像。通过合适的参数选择可以帮助放大透镜得到很好的 成像特性。 关键词：次波长成像、超级透镜、银膜、f - p 共振效应、复合材料、电磁诱导透明、远场 放大透镜 i i 目次 a b s t r a c t t h ea m p l i f i c a t i o no fab r o a ds p e c t r u mo fe v a n e s c e n tw a v e s ( p r o d u c e db ye g ap o i n ts o u r c e ) b y as i n g l el a y e ro fn o b l e m e t a lc a l ll e a dt oas u b w a v e l e n g t hr e s o l u t i o n t h u sap r a c t i c a l m u l t i l a y e r e ds t r u c t u r en a m e d a sas u p e r l e n si ss u g g e s t e dt oi m p r o v et h es u b w a v e l e n g t hi m a g ei n t h en e a r - f i e l dz o n e i nt h ep a s tf e wy e a r s ，s u b w a v e l e n g t hi m a g i n gh a sb e c o m ean e ww i d e l y r e s e a r c h e df i e l dd u et om a n yi m p o r t a n tp o t e n t i a la p p l i c a t i o n s i nt h i st h e s i s ，w es t u d yn o to n l y t h en e a r - f i e l ds u b w a v e l e n g t hf o c u s i n gw i t hm u l t i l a y e r e ds t r u c t u r e ，b u ta l s ot h ef a r f i e l d a m p l i f i c a t i o no f t h es u b w a v e l e n g t ho b j e c tw i t hc y l i n d r i c a lm u l t i l a y e r e ds t r u c t u r e i nc h a p t e r2 ，ad e v i c ew i t has i m p l ec o n f i g u r a t i o n ，ad i e l e c t r i cl a y e ra n das i l v e rl a y e rw i t h c e r t a i nt h i c k n e s s e sa r es a n d w i c h e db e t w e e nt h ep h o t o m a s ka n dt h ef i l mo f p h o t o r e s i s ，i s p r o p o s e dt oe n h a n c et h er e s o l u t i o no fc o n v e n t i o n a lo p t i c a ll i t h o g r a p h ys i g n i f i c a n t l ya n ds e v e r a l c o n t r a s te x p e r i m e n t sa r ea l s oc a r r i e do u t t h o s ee x p e r i m e n t sc o n f i r mt h ei m a g i n gc a p a b i l i t yo f s i l v e rl a y e r i nc h a p t e r3 ，t h ef a b r y - p e r o tr e s o n a n c ee f f e c ti ss t u d i e di no r d e rt oa c h i e v es u b w a v e l e n g t h i m a g i n ga taf a rd i s t a n c ef r o mt h es o u r c ea to p t i c a lf r e q u e n c i e s t w od i f f e r e n ts t r u c t u r e s ( w i t h m a t c h e da n dm i s m a t c h e di m p e d a n c e s ) o fa l t e r n a t i v em e t a la n dd i e l e c t r i cl a y e r sa r ec o n s i d e r e d i nl o s s l e s sc a s e sf a s ta tar e l a t i v e l ys h o r td i s t a n c e ( e g ，a b o u to n ew a v e l e n g t h ) f r o mt h es o u r c e i ti sf o u n dt h a tt h ei m p e d a n c em a t c hi sn o tn e c e s s a r yf o rs u b w a v e l e n g t hf o c u s i n gs i n c et h e f a b r y - p e r o tr e s o n a n c ee f f e c ti su t i l i z e dh e r e a na p p r o p r i a t ep e r i o di sc h o s e ns ot h a tt h e f a b r y - p e r o tr e s o n a n c eo c c u r si na ne v a n e s c e n tr e g i m e ，a n dc o n s e q u e n t l yt h ee v a n e s c e n tw a v e s n e a rt h ef a b r y - p e r o tr e s o n a n c ep e a ka r ea m p l i f i e d w i t hs u c ham e c h a n i s m ，as t r u c t u r ew i t ha g o o dr e s o l u t i o n ，a c c e p t a b l es i d e l o b e sa n d al a r g e rd i s p l a c e m e n tr a n g e ( w h e nt h et h i c k n e s so ft h e p e r i o di sw i t h i ns u c had i s p l a c e m e n tr a n g e ，s u b w a v e l e n g t hf o c u s i n gw i t ha c c e p t a b l es i d e l o b e s c a nb ea c h i e v e d ) i sd e s i g n e d i n c h a p t e r4 ，a p p r o p r i a t e s u r f a c et e r m i n a t i o ni su s e dt o i m p r o v ed r a m a t i c a l l yt h e s u b w a v e l e n g t hi m a g i n gr e s o l u t i o no fam u l t i l a y e r e dp o s i t i v e n e g a t i v ep e r m i t t i v i t ys t r u c t u r e o p e r a t i n gi nt h ei n f r a r e do ro p t i c a lf r e q u e n c i e s t h ei m a g i n gr e s o l u t i o no ft h ei m p r o v e d m u l t i l a y e r e ds t r u c t u r er e s i s t sp r a c t i c a lm a t e r i a ll o s sw e l l ，a n di ti sn o ts e n s i b l et ot h et h i c k n e s s i i i 浙江大学博士毕业论文 o ft h ei n t e r f a c el a y e r s ，t h et o t a lt h i c k n e s sa n dt h ep e r i o do ft h em u l t i l a y e r e ds t r u c t u r e b a s e do n t h ei m p r o v e dm u l t i l a y e r e ds t r u c t u r e s ，a no p t i m i z e ds t r u c t u r e ( i e ，t h ee f f e c t i v ei m p e d a n c ei s c h o s e nb e t w e e n0a n d1 ) i sd e s i g n e dt oo b t a i nah i g h e rr e s o l u t i o n i nc h a p t e r5 ，l a y e r e ds t r u c t u r e sa r ep r o p o s e db yu s i n gt w os p e c i a lm a t e r i a l st oa c h i e v e s o m et u n a b l ep r o p e r t i e s c o m p o s i t em e t a l d i e l e c t r i cl a y e rw i t ha i la p p r o p r i a t em e t a lf i l l i n g f a c t o ri n s t e a do fn e g a t i v ep e r r n i t t i v i t yl a y e ri su t i l i z e df i r s tt oh e l pt oo p e r a t ea tp r a c t i c a l l ya n y d e s i r e dw a v e l e n g t ha n da c h i e v eg o o dr e s o l u t i o na sa p p r o p r i a t es u r f a c et e r m i n a t i o ni sa l s o u t i l i z e d at h r e e l e v e ll a d d e r - t y p ea t o m i c ( o rm o l e c u l a r ) e i ts y s t e mi su t i l i z e dt or e a l i z e n e g a t i v ep e r m e a b i l i t y a tm i c r o w a v e f r e q u e n c y s u c hp e r m e a b i l i t y c a nb e c o n t r o l l a b l y m a n i p u l a t e db ye x t e r n a lc o u p l i n gf i e l d sa n du s e da st h en e g a t i v ep e r m e a b i l i t ym a t e r i a lt o c o n s t r u c tc e r t a i nl a y e r e ds t r u c t u r e st oa c h i e v es u b w a v e l e n g t hi m a g e ( s i m i l a r l y ，e i ts y s t e mc a n a l s or e a l i z en e g a t i v ep e r m i t t i v i t ya n d c a nb eu s e di nl a y e r e ds t r u c t u r e ) af a r - f i e l dh y p e r l e n sw i t hc y l i n d r i c a ll a y e r e ds t r u c t u r ei ss t u d i e di nc h a p t e r6 i ti sf o u n d t h a ts t r u c t u r ew i t hf i n i t eb u tl o n gd i s p e r s i o nc u r v ec a nb eu t i l i z e df o rf a r - f i e l di m a g i n gb e y o n d t h ed i f f r a c t i o nl i m i t a p p r o p r i a t ep a r a m e t e r sa r ec h o s e nf o rt h eh y p e r l e n st oa c h i e v eg o o d p e r f o r m a n c e k e y w o r d s ：s u b w a v e l e n g t hi m a g i n g ，s u p e r l e n s ，s i l v e rl a y e r ，f a b r y - p e r o tr e s o n a n c ee f f e c t ， c o m p o s i t e ，e l e c t r o m a g n e t i c a u yi n d u c e dt r a n s p a r e n c y ，f a r - f i e l dh y p e r l e n s i v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：秀丐墟一 签字日期： 乒伽夕年多月乒日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝鋈盘堂 有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) i ：? 。“： 学位论文作者签名：条梭 签字日期：2 口母年占月砂日 导师签名； i ； ， ： 签字日期：月彩日 i 致谢 在本论文顺利完成之际，衷心感谢导师何赛灵教授在我攻读博士学位期间给我的关心 和指导。何老师忘我的工作精神、严谨的治学态度、渊博的知识、敏锐的洞察力、善于把 握主次的能力深深的影响了我。同时他提倡的小组自由讨论的方式，创造的与国际同行交 流的条件，使我受益非浅。 感谢瑞典皇家工学院m a r t i nn o r g r e n 副教授对我课业上的帮助，感谢瑞典皇家工学 院t e t 的各位老师。 感谢浙江大学光电系王秀萍老师以及光及电磁研究中心金巧玲老师的关心和帮助。 感谢沈建其、金毅、余俊、敖献煜、韩张华、何金龙、阮智超、宋军、胡鑫、秦海燕 和光及电磁研究中心的各位同学在学习、工作上的帮助和支持。 感谢父母和夏霖对我的支持和鼓励，使我始终有坚定的勇气面对各种困难和挑战。 在此，衷心感谢一路上帮助过我的人。 李璇 二oo 九年3 月 l 绪论 1 绪论 通常对次波长尺寸的物体进行成像时会受到衍射极限的限制，因为丢失了倏逝波含有 的高频信息，从而不能够进行完美成像。例如在光存储中，由于光衍射效应的限制，记录 点光斑直径与工作激光的波长是成正比的，这限制了远场光存储中记录密度的提高。但利 用某些特殊结构的人工电磁介质，能够对倏逝波起到放大或者传输作用，从而能够进行次 波长成像。人工电磁介质因为其奇特的特性，对当前的信息、国防、经济、医学等领域产 生了愈来愈广泛而深入的影响，近年来受到了广泛的重视。 1 1 负折射率介质 早在1 9 6 8 年，俄国物理学家v e s e l a g o 提出当介电常数和磁导率肛同时为负的介质具 有负折射率特性【1 】。他指出，当介质的折射率小于零时，光在常规材料( 正折射率介质) 和负折射率介质的界面表现出来的特性与在两种常规介质之间的界面所表现出来的特性 完全不同，即发生负折射( n e g a t i v er e f r a c t i o n ，即折射光线与入射光线位于法线的同 侧) 。它改变了光波传播的传统路径。但由于在自然界中尚未找到负折射介质，v e s e l a g o 的工作在很长的一段时间里并没有引起人们的重视。 ( a ) m e d i u m1 r j 图1 1 光线的正折射( a ) 和负折射( b ) 。m e d i u m1 和m e d i u m2 为普通介质，m e d i u m3 为负 折射介质。 英国科学家p e n d r y 在1 9 9 6 年的理论文章 2 中介绍了一种开路谐振金属环构成的三维 浙 学博i ：4 n 诧空 剧】们结构，其等效介电常数类似于等离子体( 等离子体的介电常数可以为负) 。但由于等 离子体的磁导率大丁零，因此负介电常数使得等离子体对电磁波有强烈的屏蔽作用，等效 的婶离子体频宰在g h z 水平即限系统在r f 波段的等效介r 包常数为负。更重要的足，该 结构可看作一种 肇振网路周期结构。理论分析表明当电磁波的频率略低丁谐振频率时， 该系统的等效磁导率也可为负 3 。2 0 0 0 午，美国加州大学的s m i m 教授等人根据p e a d r y 的理泛文章，在实验上制成了第一个在r f 波段r 乜介电常数和磷导率都为负的人上材料。 一年岳。他们用这种负折射率材料做成棱镜，从实验上汪明了这种材料的折射率也为负。 这两个工作分别发袤在2 0 0 0 年的p h ”i e a lr e v i e wl e t t e r s 4 和2 0 0 1 年的s c i e n c e 5 上，使 人们对以具有反常特性的人工i 乜酲材料的态度发生了根本的改变。 图12 等效的负折射率介质和用丁验证负折射的实验装置罔【5 】 1 2 完美透镜 现在，在世界范| 码内越来越多的科学家把研究日标转向了这办面的研究。自从2 0 0 0 年p e n d r y 指出了负折射人丁电磁材料的一个新颖特性“倏逝波放大”( a m p j i f i c a t i o n 1 绪论 o fe v a n e s c e n tw a v e ) 【6 】，该特性具有相当重要的科学意义和潜在应用( 如“完美透镜 等，并引起了广泛的关注 7 1 4 】) 。由负折射平板左侧的光源所发出的光线在平板内部和平 板右边分别有一个汇聚点，平板右边的会聚点就是平板所成的像。完美的负折射介质可以 将所有传播波和倏逝波模式在像点处完全还原，就如它们最初从点源中发射出来一样，从 而最终生成完美的图像。 z 、 图1 3 完美透镜成像示意图【6 】 2 0 0 2 年e l e f i h e r i a d e s 提出了基于电感电容( l c ) 网络结构实现负折射介质的新方案。随 后，l c 网络的负折射效应与次波长成像在实验上得到了验证 1 5 1 。 1 3 光子晶体平板次波长聚焦成像 l u o 等人在提出非负有效折射率的全角度负折射这一概念时 1 6 】最早利用光子晶体平 板进行次波长聚焦成像，图1 4 给出了光子晶体平板对点源的聚焦成像。其实n o t o m i 在 提出光子晶体负折射概念时已提到了用半无穷大光子晶体进行成像 1 7 】，但他没讨论用光 子晶体平板进行聚焦成像。l u o 等人在另外一篇文章中分析了激发光子晶体平板的表面波 对倏逝波的放大作用以及对次波长聚焦成像的影响 1 8 】。 3 新人学悄l ￥女论i 然 罔14 无负有效折射笨的全角度负折射聚蒜成像 16 】 后来b c l o v 等人把l u o 等人的无负有效折射卒的全角度负折射聚焦成像思想进行了扩 展，他们j i j 电容性负载线扶得了图l5 巾的等频率曲线 1 9 。山丁光子晶体的等额率曲线 要比空气的等频率曲线k 微多，波源发出的倏逝波很人一舟i ；分在光子晶体内部被转换成 b l o c h 波进行传播，如果波源离光予晶体界面非常近，倏逝波被传到靠近光子晶体另外一 界的成像面时几乎没有衰减。 1 于在很大区域内等频率曲线很平，各种角度入射的波( 包 括倏逝渡) 在光r 晶体内部所激发的b l o c h 波几乎平行传播。另外基于水平方向的阻抗匹 配以及f a b r y - p e r o t 煎振教应( 即使光了晶体厚度具有半波k 的整数倍以增加透射) 町以 获得分辨率较高的像。b e l o v 他们把这种成像称为隧穿成像。但隧穿成像对结构的周期厚 度变化非常敏感，这导致实际制作非常难。后束b e l o v 等人叉用导电会属线( 已进行了 微波实验) 【2 0 h 银层与非金属介质层的交替排列( 运行在光频段无损情况下) 【2 1 模拟 了这种基于隧穿机制的次波长成像成像分辨率分别为五1 5 和州2 0 ( 丑为空气中的波 长) 。除了利用l u o 等人提出的那种方式进行次波长聚焦成像1 6 ，18 - 2 7 , b ，当然也可咀用 n o t o m i 所讨论的那种负折射进行次波长聚焦成像。 ，。嚣”j 尹嚣“品。“ 州乒；- 如气r 苕弋r 荇i r n _ i o f 一日吼口加i l 罔l5 隧穿机制的等频率曲线 1 9 】 1 4 电磁感应透明介质 电磁感应透明( e l e c l r o m a g n e t i c a l l yi n d u c e dt r a n s p a r e n c y ，e i t ) 介质也是当前光 学与材料领域中的一种热门新型人工电磁介质电磁感应透明是种量子相干效应电磁 感应透明过程可以简单描述如下：当只有一柬菇振光进入e i t 介质后，该光被介质吸收， 但是如果再引入另一束合适的共振光之后，两束共振光将都不再被介质吸收，它们可以几 乎无损耗地在介质中传播( 如图l6 ) 。量子相干效应在过去十多年来一直是量予光学与 信息技术领域的研究重点之一，其中的效应如碱金属低温原子气中光速减慢技术曾在1 9 9 9 年被多个国家评为当年十大国际科技成就之一，哈佛大学研究组冻结光速的实现则被科 技日报评为2 0 0 3 年世界十大科技新闻之一近年来关于多能级原子系综近共振光传播中 的相位相干性的研究中，大量理论与实验工作表明多能数系统能产生许多引人关注的效应 与现象，包括原子布屑捕获( c pr ) 2 8 ，无布居翻转激光 2 9 以及电磁感应透明( e i t ) 3 0 e i t 可利用对介质的透明和非透明的控制来实现光存贮与信息读写。 tibxie8 江太￥博十毕n 论女 ( a ) 图1 6 ( a 1 当柬共振光射入介质后，该光被原子介质吸收：( b ) 如果再引入另一束共振光 之后，两柬共振光却都不再被介质吸收，它们可以几乎无损耗地在介质中传播 1 5 远场放大透镜 2 0 0 6 年，普林斯顿的n a r i m a n o v 等人提出了远场放大透镜的概念( f a r - f i e l dh y p e r l e n s ) 提出种结构可以将次波长像放大的结构，并做出了理论解释 3 l 】和实验验h f 3 2 1 ，分别 刊登在o e ( 作为封面文章) 和s c i e n c e 上。在远场放大透镜中，目标的信息经过具有无限 长双曲线形状色散曲线的成像系统后，它不仅能够保留传播渡的信息而且能够将倏逝波 转化为传播波并继续传输到像面，最终将次波长像放大一定比例( i el t 于圆柱结构的外内 径比值1 后再进行成像( 如图17 ) ，从而不仅可以实现对次波长信息的采集，同时因为不再 包含倏逝波从而大大方便探测。超级远场透镜成为人工电磁介质领域的国际热门研究方向 【3 3 4 1 。 蔓 ( b ) 图17 ( 曲远场放大透镜的一种结构示意图( b ) 紫色方框内双缝成像的场分柞情况 2 8 1 6 论文内容安排 本论文将围绕新型人工电磁介质的倏逝波放大特性等前沿性科学问题和技术问题展开 研究，力图在陵领域的理论研究等方面取得一定成果。 1首先从理论上研究层结构人工电磁介质的分析实现负折射与倏逝波放大等基本科 学问题与现象，建立物理模型； 2在实验制各方面，将基于理论研究结果，制备具有馁逝波放大性能的简单电磁功能 材料，并进行对比试验： 3基于理论分析发现由负介电常数的金属薄层和普通介质薄层交替堆叠而成的这个 结构的新应用，用传输矩阵、时域有限差分等数值方法进行模拟验证； 4 研究损耗对次波长成像的重要影响； 5由于电磁波的工作波长比介质结构的变化尺度要大得多但结构的尺度总是有限， 因此特性会存在边界效应，而难以用它的等效介电常数来拙述。这里将详细分析边 界层现象来优化次波长成像； 6采用数值训算研究系统的水平方向等效介电常数对成像等应用的影响，从而进行优 化设计： 浙江大学博士毕业论文 7 两种特殊的材料( 复合材料和经过特殊设计的e i t 气体) 被利用在层结构次波长成像 中，以使结构具有可调特性； 8 将理论分析和数值方法相结合研究负介电常数的金属薄环和普通介质薄环交替堆 叠构成的这个结构的通过远场成像放大机制而实现的次波长分辨能力；通过合适的 参数选择帮助放大透镜得到很好的成像特性。 在以上几个研究中，第一个和第二个研究安排在第二章，第三个研究安排在第三章， 第四个、第五个和第六个研究安排在第四章。第七个研究内容对应第五章，第八个研究对 应第六章。 8 本论文的创新点如下： 1 在以前的研究中，为了减小结构的反射，所以很多次波长成像的文章中要求层结构 与空气阻抗匹配，但在我们的研究中发现因为f a b r y - p e r o t 共振效应，利用阻抗不匹 配的结构也可以次波长成像，同时利用f a b r y p e r o t 共振对特定的倏逝波区域的放 大，可以很好的提高分辨率。 2 在周期的层结构的最右侧添加了一个和层结构最左侧层相同的介质层，并通过对两 侧边缘层厚度调整来抑制金属表面等离子体震荡带来的不必要的倏逝波局部放大， 从而获得较为平坦的传输系数曲线。除了获得更好的次波长分辨率之外，新的结构 还具有多种优点，可以方便实际制作和应用。 3 在水平方向的等效介电常数为1 和0 时具有不同的优点和缺点，为了得到更好的分 辨率和更大的强度，通过优化水平方向的等效介电常数值来使系统获得较好稳定性 和分辨率的同时，图像强度不至于太弱，从而在实际使用中，可以根据不同的要求 和目的，设计更优化的次波长成像结构。 4 利用复合介质材料代替纯的负介电常数材料，通过改变复合材料的填充因子，和选 用合适的正介电常数介质，可以使操作波长处在光波段的任意位置，同时利用上两 节中的优化设计来让使用复合介质的层结构获得很好的分辨率。 5 利用三能级原子或分子材料可以代替负的介电常数和负磁导率材料，来构造层周期 结构，从而实现次波长成像功能，同时其负磁导率值( 或负介电常数) 可以通过多个 1 绪论 参数来控制。 6 研究发现具有有限但很长色散曲线的远场放大透镜结构也可以被用来进行突破衍 射极限的远场成像。通过合适的参数选择可以帮助放大透镜得到很好的成像特性。 9 浙江大学博士毕业论文 1 】 【2 】 【3 4 【5 】 6 】 7 】 8 9 】 参考文献 vg v e s e l a g o ，“t h ee l e c t r o d y n a r n i c so fs u b s t a n c e sw i t hs i m u l t a n e o u s l yn e g a t i v ev a l u e so fa n d ”，s o y p h y s u s p 1 0 ，5 0 9 - 51 4 ，19 6 8 j b p e n d r y , a j h o l d e n , w j s t e w a r t ，a n di y o u n g s e x t r e m e l yl o wf r e q u e n c yp l a s m o n si nm e t a l l i c m e s o s t r u c t u r e s ”，p h y s r e v l e t t ，7 6 ( 2 5 ) ：4 7 7 3 - 4 7 7 6 ，j u n19 9 6 j bp e n d r y ，a jh o l d e n ，d jr o b b i n s ，a n dw js t e w a r t m a g n e t i s mf r o mc o n d u c t o r sa n de n h a n c e d n o n l i n e a rp h e n o m e n a ，m i c r o w a v et h e o r ya n dt e c h n i q u e s ，i e e et r a n s a c t i o n so n ，4 7 ( 11 ) ：2 0 7 5 - 2 0 8 4 ， 1 9 9 9 d r s m i t h ，w i l l i ej p a d i l l a ，d c v i e r ，s c n e m a t - n a s s e r ，a n ds s c h u l t z c o m p o s i t em e d i u mw i t h s i m u l t a n e o u s l yn e g a t i v e p e r m e a b i l i t ya n dp e r m i t t i v i t y ”，p h y s r e x , l e t t ，8 4 ( 1 8 ) ：4 1 8 4 - 4 1 8 7 ，m a y 2 0 0 0 r a s h e l b y ，d r s m i t h ，a n ds s c h u l t z e x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o no fan e g a t i v ei n d e xo f r e f r a c t i o n s c i e n c e ，2 9 2 ：7 7 ，2 0 0 1 j b p e n d r y , n e g a t i v er e f r a c t i o nm a k e s ap e r f e c tl e n s ，p h y s r e v a8 5 ，3 9 6 6 ( 2 0 0 0 ) j b a e n d r ya n dd r s m i t h c o m m e n to n “w a v er e f r a c t i o ni nn e g a t i v e i n d e xm e d i a ：a l w a y sp o s i t i v e a n dv e r yi n h o m o g e n e o n s ”，”p h y s r e v l e t t 9 00 2 9 3 0 3 ( 2 0 0 3 ) gg 6 m e z s a n t o s u n i v e r s a lf e a t u r e so ft h et i m ee v o l u t i o no fe v a n e s c e n tm o d e si nal e f t - h a n d e d p e r f e c tl e n s ，”p h y s r e v l e t t 9 0 ，0 7 7 4 01 ( 2 0 0 3 ) x s r a oa n dc ko n g ， a m p l i f i c a t i o no fe v a n e s c e n tw a v e si nal o s s yl e f t - h a n d e dm a t e r i a ls l a b ，” p h y s r e v b6 8 ，11 3 1 0 3 ( 2 0 0 3 ) z y e “o p t i c a lt r a n s m i s s i o na n dr e f l e c t i o no fp e r f e c tl e n s e sb yl e f th a n d e dm a t e r i a l s ，”p h y s r e v b6 7 ， 1 9 3 1 0 6 ( 2 0 0 3 ) r m e r l i n ， a n a l y t i c a ls o l u t i o no f t h ea l m o s t - p e r f e c t - l e n sp r o b l e m , ”a p p l p h y s l e t t 8 4 ，1 2 9 0 ( 2 0 0 4 ) m w ：f e i s e ，p j b e v e l a c q u a ，a n dj b s c h n e i d e r , e f f e c t so f s u r f a c ew a v e so nt h eb e h a v i o ro f p e r f e c t l e a s e s ，”p h y s r e v b6 6 ，0 3 5113 ( 2 0 0 2 ) n g a r c i aa n dm n i e t o - v e s p e r i n a s ，“l e f t - h a n d e dm a t e r i a l sd on o tm a k eap e r f e c tl e n s ，”p h y s r e v l e t t 8 8 ，2 0 7 4 0 3 ( 2 0 0 2 ) j b p e n & y , c o m m e n to n “l e f t - h a n d e dm a t e r i a l sd on o tm a k eap e r f e c tl e n s ”，”p h y s r e v l e t t 91 ， 0 9 9 7 01 ( 2 0 0 3 ) a g r b i ca n dgve l e f l h e r i a d e s ， e x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o no fb a c k w a r d - w a v er a d i a t i o nf r o ma n e g a t i v er e f r a c t i v ei n d e xm e t a m a t e r i a l ，”j a p p l p h y s9 2 ，5 9 3 0 ( 2 0 0 2 ) c yl u o ，s c tj o h n s o n ，j d j o a n n o p o u l o s ，a n dj b p e n d r y “a l l a n g l en e g a t i v er e f r a c t i o nw i t h o u t n e g a t i v ee f f e c t i v ei n d e x ，”p h y s r e v b6 5 ，2 0 11 0 4 ( 2 0 0 2 ) m n o t o m i ， t h e o r yo fl i g h tp r o p a g a t i o ni ns t r o n g l ym o d u l a t e dp h o t o n i cc r y s t a l s ：r e f r a c t i o n l i k e b e h a v i o ri nt h ev i c i n i t yo ft h ep h o t o n i cb a n dg a p ，”p h y s r e v b6 2 ，10 6 9 6 ( 2 0 0 0 ) c y l u o ，s gj o h n s o n , j d j o a n n o p o u l o s ，a n dj b p e n & y , “s u b w a v e l e n g t hi m a g i n gi np h o t o n i c c r y s t a l s ，”p h 【y s r e v b6 8 ，0 4 5115 ( 2 0 0 3 ) p a b e l o v , c r s i m o v s k i ，a n dp i k o n e n , c a n a l i z a t i o no fs u b w a v e l e n g t hi m a g e sb ye l e c t r o m a g n e t i c 叫 u 刁 列 卅 习 印 刀 踟 明 n h n n n 阻 n u n n 1 绪论 【2 0 2 1 】 2 2 】 【2 3 2 4 1 【2 5 1 2 6 【2 7 【2 8 【2 9 c r y s t a l s ，”p h y