近几年来，负折射率材料由于其独特新颖的物理性质和诱人的应用前景而获得了国际学术界的广泛关注，并已成为当前国际电磁学界和光电子学界非常前沿和热门的研究领域之一。当光波从传统的正折射率介质入射到负折射介质的界面时将发生折射光线与入射光线位于界面法线的同侧的负折射现象。这意味着负折射介质的出现将改变光波在两不同介质界面处的传统折射规律和常规透镜的基本成像特性。利用这类特殊介质材料，我们可以设计出相比于传统透镜来说具有特殊的成像性能或更小像差的负折射率透镜及其成像系统。由于电磁波在负折射率介质中传播时其能流方向与相速度方向相反，利用这种介质构造的平行平板透镜能够放大倏逝波，从而可以突破衍射极限对近物进行亚波长成像，极大地提高了透镜的成像分辨率。 本文主要围绕着正一负折射率界面处的光波传播特性、负折射率介质平板透镜系统的成像与像差特性、负折射率介质曲面透镜系统的成像与像差特性以及二维LC微带传输线平板透镜亚波长成像及其实验验证等方面展开了如下研究： (1)对正-负折射率介质界面处的费马原理、菲涅尔公式、古斯-汉森位移和布儒斯特角等光学传播特性进行了详尽的研究。随着负折射率介质的引入通过对费马原理的两种传统描述形式的研究可以发现，正-负折射率介质平界面处的最短时间原理已不成立，并进一步验证了使用光程表达的费马原理才是严格的正确的理论。同时我们还发现经过正-负折射率界面外两点之间的光线的实际传播路径的光程在其临近的所有路径中是极大的，而不是像传统介质界面处那样取极小值。根据推导出来的菲涅尔公式，我们发现研究正-负折射率界面处的的折反射特性时更常用到的是介质的特征阻抗，而不是像传统光学中常用的是介质的折射率，这是由于人工构造的负折射率材料即是电介质同时也是磁介质，其磁导率已经不再是约等于真空的磁导率了。对于正-负折射率介质界面处发生全反射时的古斯-汉森位移的研究发现当下半空间的光疏介质为介电常数和磁导率均为负的负折射率介质，不管是对于TE波还是TM入射波，在界面发生全反射时古斯-汉森位移均是负的。而对于下半空间为带消散损耗的单负光疏介质时，仅TM波或TE波之一的古斯-汉森位移是负的。我们还对正一负折射率介质界面的布儒斯特角的存在性进行了研究，发现在满足一定的条件下，正-负折射率介质平界面不仅仅像传统介质界面那样对TM波存在某布儒斯特角，对TE波也同样存在着布儒斯特角。 (2)对仅含有平折射面的负折射率平板透镜系统的基本成像特性和初高像差特性进行了系统研究。负折射率材料的应用让单块或多层平行平板可能拥有正的工作距离，使得它们可单独作为成像透镜应用于光学实成像系统中。负折射率平板透镜系统的全部折射面均是平面，则其放大率始终为+1，因此其所成像不存在匹兹伐场曲像差，也使得该类系统光阑的确定及其位置计算比曲面系统简单许多。由于小像差成像情况下的负折射率透镜的工作距离大约等同于自身厚度，因此该类透镜一般仅能对近物进行成像，这也意味着这样成像系统仅拥有很小的景深。在负折射率平板透镜像差特性的研究方面，我们发现在单块透镜中仅折射率为-1的平行平板透镜才能够做到完全消除单色像差，其它折射率的均带有一定量与透镜厚度和折射率有关的初高级像差。然而实践中根据系统对成像质量的具体要求，我们并不一定需要折射率为-1附近的材料也可以设计出通过各层之间像差的互相抵消实现低级像差校正的双层或多层平板透镜。研究表明当平板透镜的组合层数越多时它可能消除到的球差和倾轴像差的级数也越高，不过其对应成像系统的工作距离和可选择的负折射率值范围也缩小了。 (3)根据初级像差理论研究了可对远物成像的负折射率介质曲面透镜系统的基本成像特性和初级像差特性，指出了利用负折射率材料制造的透镜相比于仅用传统材料制作的透镜在消像差方面所存在的固有的天然优势。研究发现仅空气一负折射率介质组合的单折射界面能提供优越于传统介质单折射界面的成像性能，前者不但消初级球差的曲面类型比后者更为丰富，而且对于消除初级球差、彗差和像散的齐明点情况，其物面和像面处于折射界面的两边，从而可应用于实成像系统。通过对单块负折射率介质薄透镜的像差特性分析，我们提出了四种只有利用到负折射率介质才具备的可消除部分初级像差的单块薄透镜系统，并给出了相关的系统结构参数和冗余的初级像差表达式。我们还讨论了可消全部球差的负折射率单块非球面薄透镜系统，并提供了其设计思路。由于只靠单块曲面透镜是无法同时消除全部五种初级像差的，因而我们接着研究了由负折射率介质构造的能同时消除全部五种初级单色像差的双薄透镜组合系统和双厚透镜组合系统。研究结果表明我们在利用负折射率介质进行透镜系统设计时可以采用更少的透镜折射表面个数或更简单的透镜表面形状即可到达与用传统正折射率介质制造的透镜系统同等乃至更佳的成像性能。 根据已报道的实验文献，我们重新设计了一个可工作于更高微波频率段的等效相对折射率约为-1的左手性LC微带传输线平板透镜，并验证了其亚波长成像的能力。实验测量的结果表明在实验板上的负折射率平板透镜区内确实可以观察到倏逝波放大的现象，同时在该负折射率平板透镜的像面区内还可以测量到亚波长电场像，其半强度宽度约为0.42波长左右，与用ADS软件仿真的模拟结果基本吻合。