负折射率介质透镜：亚波长成像与像差理论

"负折射率介质透镜的理论与实验研究，重点关注亚波长成像" 这篇博士学位论文深入探讨了负折射率介质透镜的理论基础和实验实现，特别是在亚波长成像领域的应用。负折射率材料，因其独特的物理性质，如光波传播中的负折射现象，引发了国际学术界的广泛兴趣。当光从正折射率介质进入负折射率介质时，折射光线与入射光线位于界面法线的同一侧，这一现象打破了传统折射定律，为透镜设计提供了新的可能性。 论文作者林志立在导师何赛灵的指导下，详细分析了正负折射率介质界面的光波传播特性，包括费马原理、菲涅尔公式、古斯-汉森位移以及布儒斯特角。其中，费马原理的最短时间表述在负折射率介质中不再适用，而光程表述的费马原理则成为更准确的理论。此外，由于负折射率材料同时具有电介质和磁介质属性，研究中更多地考虑了特征阻抗而非传统折射率。 论文还研究了负折射率介质平板透镜和曲面透镜的成像与像差特性。负折射率透镜能放大倏逝波，允许超越衍射极限的亚波长成像，显著提升了成像分辨率。这在微纳米尺度的光学成像中具有重大意义，因为传统的光学设备受限于衍射极限，无法实现如此高分辨率的成像。 此外，论文还涉及到了二维LC微带传输线平板透镜的亚波长成像实验验证，这表明理论研究与实际应用相结合，成功地实现了亚波长尺度物体的清晰成像。对于正负折射率介质界面的全反射，论文指出在某些情况下，古斯-汉森位移呈现负值，这对于理解反射光路的特殊行为至关重要。 总体而言，这篇论文对负折射率介质透镜的理论和实验研究提供了全面的见解，不仅深化了我们对负折射现象的理解，也推动了亚波长成像技术的发展。这一领域的研究成果有望在未来引领光学工程和光电子学领域的创新，例如在微纳光学传感器、超分辨率显微镜和光通信等领域产生重要影响。