中文摘要：

传统光学显微镜系统受到衍射极限的限制，无法在远场对间隔尺寸小于半个波长的物点进行分辨。本项目提出利用表面等离子体透镜（PL）和微透镜构成的"超分辨放大器"对被测物进行初次放大，结合传统光学显微再次放大，实现远场超分辨可视成像。通过研究被测物散射光在PL表面上所激发的表面等离子体激元（SPPs）的电磁模式与传输特性，以及所激发的SPPs在不同结构形式和尺度的PL中向空间电磁场的转换机理，建立超分辨成像放大器的成像物理模型与设计方法。研究超分辨成像放大器的制备工艺及其与传统显微镜的结合方式，并在此基础上开展成像实验，获得远场超分辨成像实验结果。该技术不需要复杂的扫描系统和精密的移动定位装置，结构简单并且与传统的光学显微镜兼容，通过人眼可直接观测，在生命科学与医学领域的生物活性细胞分裂、迁移以及细胞相互作用等对动态实时观测要求较高的研究中有着非常广阔的应用前景。

结论摘要：

光学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。然而由于衍射极限的存在，传统光学显微镜的分辨率被限制在约二分之一个照明波长，已经远远不能满足当前人们对微观世界进行探索的需求。因此研究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。在此背景下，本项目主要从以下三个方面开展了远场超分辨成像技术研究第一，分析了光学显微镜分辨率受限的本质原因，提出了通过对待测样品的频谱进行压缩实现超分辨成像的新思路，通过数值仿真验证了该“频谱压缩”思路的可行性，探索了传播波和倏逝波在超分辨成像中所起的作用。第二，基于频谱压缩理论，重点研究了介质微球的超分辨成像机理，开展了相关的超分辨成像实验，设计并制备出了一种由单层密排的钛酸钡微球和聚二甲基硅氧烷软膜构成的薄膜。只需要将该薄膜直接覆盖在待测样品表面，再结合传统的光学显微镜进行观察即可实现超分辨成像。在中心波长600nm的汞灯照明下，利用该薄膜和数值孔径0.9的显微物镜清晰地分辨出了周期278nm占空比1:1的硅结构光栅，成像分辨率达到了λ/4.3，相比于光学显微镜的极限分辨率λ/2，提高了一倍以上。第三，提出了一种基于纳米柱阵列的结构光照明显微技术，分析了结构光的产生机制和超分辨成像的原理，数值仿真实验证明了其成像分辨率可达λ/6。相比于STED、PALM和STORM等荧光显微技术，该技术无需对待测样品进行逐点扫描，因而具有快速宽视场成像的优势，同时整个成像系统较为简单成本较低，在超分辨荧光显微领域中具有一定的应用前景。