1. 研究目的与意义（文献综述）

传统的光学透镜就是索取物体所发出的光并将其偏折、投影成像。我们知道，光具有波粒二象性，即光具有波的特征，这就表明了光携带着信息，而在传统的光学透镜发生光学现象的过程中会有一部分的信息渐渐丢失，光波会随着传播距离的加大会呈现指数衰减而最终无法抵达像平面，也就造成了光学上的衍射极限。据此，韩国科学家在早些年研发出了一种可以突破光学衍射极限的新型纳米光学透镜。该纳米光学透镜是由有机分子组成，该透镜能够解析纳米线宽级别的图像，它具有极短的焦距，能够使得衰减极快的光波中的信息被接收到从而突破了传统光学透镜的衍射极限。与传统的几何光学透镜相比，纳米光学透镜不仅具有使光线快速弯曲和近场聚焦的特征，还可以用于高分辨率成像、激光拉曼增强以及对纳米级粒子的捕获。但是因为透镜的特征尺寸接近甚至小于入射光的波长，光波在透镜边界的耦合作用过于激烈，这就导致标量衍射理论不适用于求解，必须在特定的边界条件下用有限元法数值求解或者用矢量衍射理论来进行求解麦克斯韦方程才能得到各项物理结构的场分布情况。

然而在工程实际中，有很多的多物理场耦合作用的实验都还不具备展开的条件，这就考虑到要建立一套与实验密切相关的并且与实际相符合的仿真建模来实现对多物理场耦合的模拟分析。COMSOL Multiphysics正是基于有限元法数值求解麦克斯韦方程得到各种物理结构场分布的软件。就国内发展状况而言，自从纳米光学透镜的激光成功捕获瑞利粒子开始，纳米光学透镜已经成为可以操控纳米级别粒子的手段之一，也即光镊，利用纳米透镜的基本原理和基本方法开发出的例如高分辨率显微镜等就是科技的产物。国外发展迅速，已经从纳米光学透镜中提炼制造了各种成像组件成像设备、摄像装置和电子设备、高分辨率显微镜等。总的来说，超越了衍射极限的纳米光学透镜做为一个新的开端，今后必定会掀起一股新的热潮。本文的主要工作就是利用多物理场耦合软件COMSOL仿真纳米光学透镜的衍射场，分析透镜衍射场分布的特点并讨论透镜尺寸对衍射场的影响。

2. 研究的基本内容与方案

研究（设计）基本内容：

1. 纳米透镜的概念及其潜在的应用，maxwell方程以及有限元法简介；

2. comsol软件简介以及基本操作（问题的几何建模、网络剖分、物理场设定以及边界设置、扫描参数的设置）；

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需背景知识（纳米透镜的概念及其应用、comsol软件的基本操作）。确定仿真计算的方案，完成开题报告。

第4－5周：对研究主题建立模型。

第6－7周：对所建模型进行网络剖分、物理场设定、边界设定及参数设置。

4. 参考文献（12篇以上）

[ [1]ju young lee，byung hee hong，woo youn kim，et al．．neal-field focusing and magnification through self-assembled nanoscale spherical lenses [j]．nature，2009，460：498-501．

[1][2]刘子龙，张波．纳米光学透镜的激光捕获瑞利粒子研究[j]．光学学报，2013，33：0935001-1．

[3][3]金建铭．电磁场有限元方法[m]．西安：西安电子科技大学出版社，2005．