随着现代信息技术的不断进步,纳米光学成像和聚焦等领域常常有高分辨率的需求。然而,传统光学系统往往受到衍射极限的限制,以至于系统分辨率只有入射波长的二分之一。衍射极限是由于携带物体细节信息的倏逝波无法在传统材料中传播。因此,高频空间信息无法贡献于最终成像或聚焦。近年来,研究发现表面等离子体激元能够与倏逝波进行共振耦合,使倏逝波得到放大,这为超分辨聚焦的研究提供了一条有效的途径。多层金属-电介质结构是一种人工合成的各向异性材料,其色散特性可以由其结构和材料参数来进行调控,进而有效地控制光的传输特性。本论文系统地研究了多层金属-电介质结构的聚焦特性及角度调控。研究内容及结果如下:1.从等效介质理论出发,探究了多层金属-电介质结构的基本光学性质。分析结果表明,具有双曲色散关系的多层膜能够定向传播倏逝波,这为实现超分辨聚焦提供了可能性。结合多层膜和衍射光栅,设计了两种类型聚焦元件(Type I和II多层膜),主要用于探究同一入射光以垂直或平行于膜层的方向入射到同一结构时的聚焦效果。采用时域有限差分法模拟了结构中的超分辨聚焦现象,Type I和II多层膜中磁场焦斑的尺寸大小分别为125nm和63nm,因此当光垂直于膜层入射时会得到相对较好的聚焦效果。此外,详细分析了电场各分量的聚焦结果,可以发现,E.分量在x=0附近会对称出现两个波峰,从而降低了整个电场强度的聚焦分辨率。狭缝宽度、电介质介电常数、金属填充比以及增益介质对多层膜聚焦效果的影响也进行了数值模拟分析,这将为进一步优化聚焦结构提供参考。2.基于等频线分析方法,探究了不同类型多层金属-电介质结构中能流和波矢的折射现象。研究结果表明,TypeI多层膜中会发生负折射现象,且斜出入端面会影响端面上的折射现象。此外,初步验证了 Type II和普通金属-电介质多层膜结构的高通和低通角谱滤波特性,这将为研究复杂的空间角谱滤波器打下基础。