【摘 要】
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传统的光学系统在现实的使用中仍然存在诸如体积大、生产成本高等诸多问题。例如单反相机的定焦镜头,为了得到优异的性能而设计了复杂的透镜组,不仅对单个镜片的要求较高,对镜片的组合也有高精度的要求,增加了其制造成本。超透镜作为一种以超材料（超表面）为基础的新兴的光学器件,相比传统镜头有着可以大规模集成、器件小型化、功能多样化等特点。这为光学系统设计提供了极大的灵活性,也使其成为现阶段的研究热点之一。本文针
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传统的光学系统在现实的使用中仍然存在诸如体积大、生产成本高等诸多问题。例如单反相机的定焦镜头,为了得到优异的性能而设计了复杂的透镜组,不仅对单个镜片的要求较高,对镜片的组合也有高精度的要求,增加了其制造成本。超透镜作为一种以超材料（超表面）为基础的新兴的光学器件,相比传统镜头有着可以大规模集成、器件小型化、功能多样化等特点。这为光学系统设计提供了极大的灵活性,也使其成为现阶段的研究热点之一。本文针对可见光波段（400-800nm）,根据超透镜的相位控制理论,通过时域有限差分法,设计并研究多个典型波长下的超透镜单元结构对其光学特性的影响规律。通过构建单元数据库后,利用Matlab编程控制建模软件East FDTD,将单元在平面透镜上进行排布,设计出能够实现宽频带低色散的近场聚焦的超透镜。首先在理论方面,超透镜通过对入射光的相位进行调制,使入射光波前发生变化以达到聚焦效果。而相位调制则需要分布在超透镜表面的单元结构实现,因此第一步通过入射光照射单元结构的琼斯矩阵表达式推导出相位调控的原理,第二步根据相位调控的可行性,由惠更斯-菲涅耳原理出发,给出了超透镜对入射光波前整形的原理。然后根据理论支撑,本文通过大量的仿真模拟,设计出可以实现相位调控的单元结构,接着利用Matlab程序控制建模软件East FDTD将单元结构合理排布形成超表面,将超表面覆盖在平面透镜最终构成超透镜。超透镜的仿真结果说明了本论文设计出的超透镜实现了在可见光波段（400-800nm）的低色散近场聚焦,对于长波长波段聚焦功率较低的问题,本文讨论了后续的研究方法。最后总结了本论文的不足之处及问题,并给出了解决办法和未来的研究方向。
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