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梯度折射率(Gradientindex，GRIN)透镜及其阵列是一类新型光学器件，具有简单的几何形状，主要依靠介质特殊的非均匀折射率分布以实现其各种光学功能。因其有体积小、光路短、重量轻、性能优越、易于批量生产和便于集成等优点，在微小光学、集成光学和光通讯中有着诱人的应用前景，现已受到广泛地重视。
本工作从梯度折射率介质光学的基本理论出发，对轴向梯度介质和球对称GRIN微球透镜的光学性能进行了系统的分析。在此基础上着重研究了广义Luneburg透镜理论模型成像的优越性和从技术上实现它的根本困难，设计了一种由广义Luneburg透镜固态核和一对轴向GRIN平板所组成的锐聚焦成像补偿系统，并对其进行了详细的理论分析。论文的后部分提出了一种用具有双层梯度结构的球对称GRIN微球回归反射表面材料；研究分析的结果证明，此类回归反射表面材料性能十分优越。
本论文主要内容如下：
第一章：概述了梯度折射率光学、微小光学、并对本课题研究的内容以及研究的意义作了简要的阐述。
第二章：介绍了轴向梯度介质的基本方程及轴向梯度折射率平板的特性。
第三章：阐述了一般GRIN球透镜的基础理论及Luneburg透镜、Maxwell鱼眼微球透镜的基本理论与光学性能。
第四章：设计了一种锐聚焦成像系统并对其性质进行了分析。
第五章：介绍了回归反射的概念、回归反射材料的现状；研究了双层梯度结构的球对称GRIN微球回归反射性能。
第六章：归纳全文，对本课题研究所取得的成绩、存在的问题和下一步要做的工作做一总结。