数值孔径（NA）作为投影物镜的基本参数，决定了投影物镜的成像分辨率。在利用双光栅Ronchi剪切干涉仪测量投影物镜波像差时，NA也是实现波像差高精度检测的一项基本参数。提出了一种基于Ronchi剪切干涉像面光栅轴向离焦的投影物镜NA测量方法，理论推导了像面光栅离焦时空间光程差的数学表达式，通过测量轴向两个不同位置处的剪切波前并提取倾斜项系数，利用两个轴向位置的距离以及倾斜项系数的差值计算得到投影物镜NA值。在此基础上，开展了仿真分析和实验，以NA设计值为0.3的投影物镜为测量对象，实验测得NA为0.292，测量误差小于0.004。同时开展了几何光学测量方法的对比实验，进一步验证了所提方法的有效性。该方法利用波像差检测装置测得的剪切波前实现投影物镜NA的在线测量，不需要使用额外的装置或器件。

由于超透镜在光场相位调控、多功能复合、微纳集成等方面具备传统透镜无法比拟的优势,故其在许多领域具备极大的应用潜力。但是,超透镜的设计需要专业人员具备专业知识及丰富的经验,这使得非专业人员无法快速掌握,为此阻碍了超透镜的规模化制备。通过MATLAB和时域有限差分法(FDTD)的混合编程,研究了不依赖于预设物理模型的超透镜的设计过程,实现了介质超透镜的自动化设计。通过在MATLAB编写的软件界面上输入所需的超透镜参数,后台调用FDTD设计仿真程序来构建纳米结构,可以计算出结构的尺寸与相位和透过率的关系。根据所需的相位分布来构建超透镜,最后对超透镜进行数值模拟仿真及性能评估。所述的设计流程及软件能极大地方便非专业人员进行超透镜的设计。

提出了一种用于测量高精度成像系统的双孔点衍射干涉仪,具有高光场均匀性、高可测量数值孔径、准共光路、相移元件在系统成像光路以外的优点。设计了两种测量模式,点衍射测量模式和系统误差测量模式,其中系统误差模式用于标定干涉仪的系统误差。分别搭建了双孔点衍射干涉和双光纤点衍射干涉的实验装置,完成了对设计波像差小于0.045λ RMS,5×透射式投影物镜的检测实验。实验结果表明,与双光纤点衍射干涉仪对比,双孔点衍射的波像差测量相对误差为0.07 nm RMS,且干涉图具有更加良好的光强均匀性。验证了本文检测技术的有效性。

磁悬浮热解石墨片的光驱转动提供了一种光能向动能转换的途径,对该现象的研究在能量转换领域中具有重要意义。使用等效磁荷法计算永磁体磁场的空间分布,接着对热解石墨片的受力、扭矩及势能分布进行了理论计算。基于此,对圆形热解石墨片在嵌套的圆柱形永磁体上的光驱转动现象进行计算分析和解释。研究发现,当嵌套的圆柱形永磁体严格同轴时,圆形热解石墨片在激光照射下不会发生光驱转动现象。但嵌套的永磁体在装配时不可避免地会产生一定的偏心量,导致磁场分布不对称,使得圆形热解石墨片的扭矩随着激光照射点呈周期性变化,因此产生了光驱转动现象。

γ射线等高能射线会使掺镱光纤产生暗化效应,降低掺镱光纤激光器长时间运行的可靠性。测量了γ射线辐照总剂量对大模场掺镱光纤的损耗特性,结果表明,待测光纤损耗随辐照总剂量线性增大。基于辐照导致的损耗的测量结果和速率方程模型,研究了辐照损耗产生后具有不同结构参数的激光器的效率变化。结果显示,仅考虑辐照损耗效应时,976 nm泵浦的光纤放大器对辐照附加损耗的敏感性最低;待测光纤最优信号光的中心波长为1070 nm,但是在1060~1100 nm范围内最小与最大效率仅相差2%。本研究从掺镱光纤激光器系统层面开展探索研究,为后续激光器的设计和实际应用提供了参考。

采用量子级联激光器的可调谐半导体激光吸收光谱技术及可移动开放式光路系统在线检测泄露区域的SF6气体.光路系统位于高压组合电器间隔周围,与传感系统通过非接触组合.中红外激光器的工作温度在10℃且注入电流为680 mA时发射频率范围可覆盖SF6气体的选择波长.通过对大区域实验舱的内环境进行多次抽取分离,得到二次谐波吸收的精确背景吸收,利用10.55 μm的可调谐激光传感系统对泄露扩散平衡后的SF6气体进行测量,扣减背景吸收后得到泄露SF6气体的二次谐波吸收光谱.研究结果表明：14.3 m的开放式光路下,气相色谱-热导率检测器溯源校准数据与可调谐半导体激光吸收光谱技术检测一致性良好,最大偏差为2.26%,二次谐波最大信号幅值与测量浓度具有较高拟合度,拟合系数为0.998,SF6体积浓度的检测下限为1.8×10－6.该研究可为SF6气体泄露提供一种全新的检测方法,从而实现高压组合电器大区域环境下SF6气体实时在线监测.

提出一种新的基于环形子孔径扫描的锥形镜面形测量方法,该方法可实现大口径、不同锥角的锥形镜面形的通用化测量。使用微动扫描台移动锥形镜,同时测量待测锥面法线方向若干环带的相位,提取有效像素并通过插值拼接得到被测锥形镜的面形。该方法可实现锥角大于96.4°的锥形镜面形的测量,测量口径可达100 mm以上,理论测量精度达到λ/4 PV(λ为波长;PV为峰谷值)。使用ZYGO公司4英寸(1 inch=2.54 cm)的DynaFiz干涉仪对一个标称角度为140°的凸面锥形镜顶部的面形进行检测,被测样品旋转90°前后的面形检测结果与使用Taylor-Hobson公司LuphoScan轮廓仪检测结果一致,PV值相差0.54 μm,验证了该方法的可行性。

针对目前尚无高精度通用倍率测量方法与装置的问题,提出了基于双光纤点衍射干涉仪的成像系统倍率高精度测量方法。通过分析双点光源间距、CCD相机空间位置与点衍射干涉场相位Zernike多项式系数之间的定量关系,得到物面光纤间距和像面光纤像点间距的纳米级精度测量值,进而完成对倍率的高精度测量。分别进行仿真分析和实验验证,证明了所提测量方法的可行性和稳定性。结果表明,倍率测量的扩展不确定度为2.64×10 ^-6。所提出的成像系统倍率高精度测量方法具有测量精度高和测量效率高的特点,且具备高可靠性,可以用于显微物镜、光刻投影物镜等高精度成像系统倍率的超高精度测量。

提出了一种基于多偏振照明的浸没式光刻机投影物镜高阶波像差快速检测技术。通过采用一元线性采样方式,在不同偏振照明条件下采集浸没式光刻机投影物镜的空间像进行主成分分析,在快速建模的同时实现高阶波像差的高精度检测。与基于Box-Behnken Design统计抽样方法的超高数值孔径光刻投影物镜高阶波像差检测方法相比,所提技术有效降低了采样数,提高了采样效率,加快了建模速度。采用光刻仿真软件PROLITH对所提技术进行了仿真验证,并分析了照明方式对高阶波像差检测精度的影响。仿真结果表明,该技术对高阶波像差(Z₅~Z₆₄)的检测精度优于1.03×10 ^-3λ,同时其建模速度提升了约30倍。