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光学成像系统存在衍射极限，源于携带高频信息的倏逝波衰减而无法参与成像。表面等离子体（Surface Plasmons，SP）具有倏逝波耦合放大等性质，使得对倏逝波的操控和调节成为可能。随着微细加工技术不断提高，表面等离子体亚波长光学得到快速发展，大量关于单层金属膜层和金属-介质多层膜等超材料的研究涌现于世。利用超材料激发表面等离子体，操控倏逝波振幅和相位等信息，实现超分辨成像，成为了当前光学领域研究的重点之一。本文就光频双曲色散超材料的深亚波长成像原理和方法展开深入的理论及实验研究，论文的主要研究内容和成果包括: 1.基于光频超衍射材料的近场增强成像方法研究。根据光频超衍射材料的光波传输行为及空间频谱滤波机理，设计了介电常数相匹配的Al/MgF2和ZrO2/Al多层膜结构分别用于光刻和显微成像。结合Ag层SP耦合放大效应，提出一种实现近场场强增强的体等离子体结构照明源的设计方法(bulk plasmon illumination，BPI)。对于表面等离子体腔超透镜(plasmonics cavity lens)成像，加载Ag层的BPI相比于无Ag层的BPI近场场强提高30倍，照明32nm双缝掩膜时成像强度提高3倍，对比度也有所提升。对于表面显微，加载Ag层的BPI近相比于无Ag层的BPI场场强提高约50倍，照明2um荧光小球，实验测得荧光小球荧光强度提高1.46倍。 2.均匀深亚波长穿透深度SP表面显微结构设计及分析。提出表面照明深度可调的SP表面显微照明结构设计方法。设计Ag/SiO2多层膜双曲色散材料实现带通滤波，加载亚波长纳米激发光栅，结合离轴照明技术，表面照明深度最低可至10nm。受益于双曲超材料中宽波矢范围内耦合的等离子体模式，照明深度能够通过调节入射角度被连续调制。例如，532nm波长下能够实现19nm-63nm照明深度。通过对双层荧光样本的照明，实验验证了该照明结构能够对27nm荧光表面图形清晰成像。 3.基于光频负折射材料的SP光刻成像。根据平板负折射超材料的双曲色散特性，设计Ag/TiO2多层膜结构作为负折射材料，对周期360nm以上光栅图形成像时，相比于近场光刻，工作距拓展至400nm。进一步的光刻实验获得了线宽分辨力350nm、空气距400nm的光刻胶记录图形。