光学显微镜是人类历史上最重要的科技发明之一。在光学显微镜发明以前,人类对于周围世界的认识主要靠人眼,然而人眼的极限视角分辨率约为1′,在明视距离25cm处所能分辨的最小物体间隔约为0.1mm,因此无法实现对更微小物体的观测。自从16世纪末期荷兰著名的磨镜师Zaccharias Janssen发明了世界上第一台显微镜以后,人类才开启了探索微观世界的大门。显微镜发展至今已经成为生物学、材料学、医学、微光学等领域中必不可少的基本工具。然而由于光学衍射极限的存在,传统光学显微镜的横向分辨率被限制在约二分之一个照明波长,已经远远不能满足人们对微观世界进行探索的需要。因此探索能够突破光学衍射极限,实现超分辨成像的技术将具有十分重要的科学意义。在此研究背景下,本文主要从以下三个方面开展了远场超分辨成像技术研究。1.在基于介质微球的超分辨成像研究领域。侧重研究了微球能够实现超分辨成像的内在机理,创新性地从频谱变化的角度去分析了待测样品散射的倏逝波与微球的相互作用机制,给出了倏逝波能够耦合进微球并转换成远场传播波的条件,讨论了相关参数,比如微球的直径、折射率、媒介的折射率等参数对微球成像的分辨率和放大率等的影响。2.在基于介质微球的超分辨成像实验研究领域。从实验上开展了基于折射率较低的二氧化硅微球和聚苯乙烯微球,以及折射率较高的钛酸钡微球的成像实验,讨论了各自的成像放大率、分辨率等特性,重点分析了液体浸没对微球成像的影响机制,最后创新性地提出并制备了一种基于钛酸钡微球和PDMS软模的超分辨成像薄膜,可该将薄膜直接放置于待测样品表面,通过显微镜进行观察,便可以实现超分辨成像。3.在表面等离子体金属结构透镜领域。首先给出了由不同宽度的纳米缝构成的表面等离子体金属结构透镜的设计方法,并分析了透镜孔径对焦距和聚焦光斑的宽度的影响。在此基础上提出了一种基于全息原理的多焦点金属结构透镜的设计方法,通过将入射光看作参考光,多个焦点看作是点光源发出物光,再计算物光和参考光在结构透镜平面上的叠加光场,取叠加光场中的相位信息来确定金属结构透镜的相关参数。并通过双焦点和三焦点结构透镜的设计,验证了该设计方法的可行性。4.在结构光照明显微领域。创新性地提出了基于纳米柱阵列和纳米球阵列的结构光产生方式,通过调节纳米柱和纳米球的直径以及金属薄膜的厚度可方便地操控结构光的空间频率。其次给出了基于这两种结构光的超分辨成像原理,最后通过数值仿真验证了本文提出的方法的可行性。仿真结果表明在600nm的照明波长下,利用本文提出的结构光产生方法可将现有显微镜的横向分辨率提高到100nm,突破了六分之一波长的横向分辨率。