随着生物医学、微电子学和材料学等学科的迅速发展,传统衍射受限的光学成像系统已经无法满足高分辨率成像检测的需要,因此,突破衍射极限,超分辨成像的原理与方法已成为光学成像领域的重要研究课题。为了克服衍射极限的限制,一系列超分辨技术涌现出来,包括近场条件下的扫描近场光学显微镜(Scanning near-field optical microscope,SNOM)、受激辐射损耗显微镜(Stimulated Emission Depletion Microscopy,STED)和结构光照明荧光显微镜(Structured Illumination Microscopy,SIM)等。但他们都存在各自的缺点,比如:局限于近场成像、受限生物样品或者结构光照明等。近年来,超振荡现象为超分辨成像提供了新的研究思路。利用光场的精密干涉行为,远场局部区域可以产生光场的超振荡调制,从而实现超分辨成像。这一技术的优势在于不局限于特殊样品或照明方式即可实现远场的超分辨聚焦成像。目前该技术已成功地在实验上实现了远场超分辨成像。但现有的超振荡器件都只适用窄带或单个波长的情况,不能满足宽带远场超分辨成像的需求。针对以上问题,本文开展了远场宽带超振荡成像的研究,论文的主要成果包括以下几个部分:(1)设计了一种可以实现宽带超振荡成像的器件。该超振荡器件的主要构成为一种由一系列不同旋向纳米光栅条构成的超表面结构。超表面结构的原理不同于传统二元掩膜元件的位相延迟或者空间光调制器,它是基于传统“v”型天线和PB相位设计得到的特殊亚波长阵列结构,可以对交叉极化偏振光实现宽带无色差纯相位光场调制。利用此结构的宽带无色散相位调制特性结合消色差透镜的聚焦作用,就可以实现远场宽带的超振荡聚焦与成像。通过所设计的超振荡器件,在实验上最终实现了优于传统衍射极限的分辨率,相当于衍射极限的0.64倍。(2)为了解决高旁瓣信息限制视场范围的问题,我们提出了两种解决方案。1)对于远场范围内可操控的目标物,我们提出小孔视场扫描的方法,实现了大视场目标物的超振荡成像。2)针对目标物处于无穷远处的望远系统,我们设计了分辨率为0.7倍衍射极限的超临界器件,理论上和实验上都实现了大视场目标物的宽带超分辨成像。相比于超振荡器件,虽然超临界器件稍微降低了衍射焦斑的分辨率,但旁瓣的强度也受到了很好地抑制,从而可以满足大视场成像的要求。(3)分析了超振荡器件和超临界器件对波像差的容差性能。首先依据现有的理论模型得到了各种像差的Zernike表达式。然后,利用上述的表达式设计了容差性能分析模型,并根据其中的各项指标得到了这两种器件受波像差影响的大致规律。通过分析可知,超振荡器件对球差和场曲的容差范围较小,而超临界器件受像散和场曲的影响较灵敏,但总的来说,超振荡器件需要更加严格的像差控制。