陈林,邓明

• 1:华中科技大学武汉光电国家研究中心
• 2:华中科技大学光学与电子信息学院

摘要(Abstract)：

光学成像作为现代光学研究的核心领域，在科学探索与工程技术中具有重要应用价值。菲涅耳衍射表明，光学系统对点光源成像时，受限于光的波动性和透镜的有限孔径，会因衍射效应形成艾里斑，其尺寸决定了瑞利衍射极限。当前本科教学普遍采用菲涅耳衍射积分分析成像分辨率，本文基于傅里叶光学理论体系，通过严格理论推导点光源角谱传输揭示了传统透镜成像的衍射受限本质。通过傅里叶角谱数值求解得到圆孔衍射图样强度的第一零点，并与瑞利判据计算结果进行了对比。进一步结合负折射透镜等前沿进展，阐明了负折射率材料成像突破传统衍射极限的物理机制。本研究不仅为光学成像理论提供了新的教学视角，其分析方法对超分辨成像技术研究也具有重要参考价值，可有效衔接本科基础教学与研究生创新研究。

关键词(KeyWords)： 物理;光学;傅里叶光学;负折射

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 2025年华中科技大学教学研究项目“培养未来光电信息类新工科人才的新概念课程教学研究与实践”(2024099);; 2025年国家自然科学基金面上项目“片上复杂光场非对称转换研究”(12474382)

作者(Author): 陈林,邓明

参考文献(References)：

• [1] GRADSHTEYN I S,RYZHIK I M.Table of Integrals,Series,and Products[M].8th ed.Boston:Academic Press,2014.
• [2] 王竹溪，郭敦仁.特殊函数概论[M].北京：北京大学出版社，1965.
• [3] 陈玉平，杜向楠.光学成像技术综述[J].科技展望，2015,25(23):121.CHEN Y P,DU X N.A review of optical imaging technology[J].Technology Outlook,2015,25(23):121.(in Chinese)
• [4] 党诗沛，李润泽，周美玲，等.显微成像系统分辨率问题讨论(特邀)[J].红外与激光工程，2022,51(11):9-16.DANG S P,LI R Z,ZHOU M L,et al.Discussion on resolution issues of microscopic imaging systems (invited)[J].Infrared and Laser Engineering,2022,51(11):9-16.(in Chinese)
• [5] 张书赫，邵梦，张盛昭，等.傅里叶域中的光线[J].物理学报，2019,68(21):79-87.ZHANG S H,SHAO M,ZHANG S Z,et al.Rays in the Fourier domain[J].Acta Physica Sinica,2019,68(21):79-87.(in Chinese)
• [6] PENDRY J B.Negative refraction makes a perfect lens[J].Physical Review Letters,2000,85(18):3966.
• [7] 任百川，钟兴，金光.采用负折射率材料提高空间望远镜分辨率的理论研究[J].中国光学与应用光学，2009,2(3):184-189.REN B C,ZHONG X,JIN G.Study on negative index metamaterials for improving space telescope resolution[J].Chinese Journal of Optics and Applied Optics,2009,2(3):184-189.(in Chinese)
• [8] 许卫锴，卢少微，马克明，等.超材料在隐身领域的研究及应用进展[J].功能材料，2014,45(4):7.XU W K,LU S W,MA K M,et al.Research and application progress in the field of stealth based on metamaterials[J].Functional Materials,2014,45(4):7.(in Chinese)
• [9] VALENTINE J,ZHANG S,ZENTGRAF T,et al.Three-dimensional optical metamaterial with a negative refractive index[J].Nature,2008,455:376.
• [10] BORN M,WOLF E.Principles of Optics:60th Anniversary Edition.7th ed[M].Cambridge University Press,2019.