无衍射光束的中心光斑尺寸不随传播距离的增加而改变,同时具有极高的中心光强以及自重建效应等特性。实现理想的无衍射光束需要无限大的能量,在实验中只能获得准无衍射光束。准无衍射光束在光学捕捉、光镊、超分辨显微、材料加工等方面具有广泛的应用前景。产生具有亚衍射亚波长横向尺寸的超长准无衍射光束是一个很大的挑战。本文提出了归一化角谱压缩的方法,为产生准无衍射光束提供了一种新方法。基于归一化角谱压缩方法和超振荡概念,设计并制作了工作波长为λ=632.8 nm的准无衍射超振荡光学透镜,通过实验获得了长度为102λ的准无衍射光束,其中在80λ范围内光束具有亚衍射亚波长横向尺寸。本文的主要内容如下:(1)讨论了角向偏振光束的数学描述及物理特性,结合矢量角谱理论推导了角向偏振光束的矢量角谱传播公式。(2)提出了基于归一化角谱压缩的准无衍射光束产生方法。通过减小有效工作波长,提高截止空间频率,实现准无衍射光束,为准无衍射超振荡光学透镜提供了一种有效的设计方法。(3)针对角向偏振光,基于归一化角谱压缩方法、矢量角谱传播理论和粒子群算法设计了一种由同心介质环构成的二值相位透镜,用于产生超振荡准无衍射光束。使用COMSOL Multiphysics~?对透镜进行仿真,结果表明,准无衍射光束的长度为103λ,其中超振荡区域长度为86λ,旁瓣比范围为28%-43%,半高宽范围为0.32λ-0.4λ。(4)基于化学气相沉积、磁控溅射、电子束曝光以及等离子体刻蚀等纳米加工工艺完成了准无衍射超振荡光学透镜的加工,并对每一步加工工艺及工艺探索过程进行了详细的论述。(5)基于宽场大数值孔径显微镜搭建了超振荡光场测试系统,采用角向偏振光对该准无衍射超振荡透镜进行了测试。实验测试结果与仿真结果一致性较高,准无衍射光束的长度为102λ,在240λ到320λ的范围内,光束的半高宽小于衍射极限0.5λ/NA,同时在该区域内光束的半高宽小于或非常接近超振荡判0.38λ/NA。