光学稀疏孔径技术以其所具有的降低透镜加工面积、增大数值孔径和提升分辨率的能力被应用到超构透镜的设计和优化中。然而，目前稀疏孔径超构透镜的研究仅限于单波长，通常难以应用到宽波段成像领域。笔者基于波前编码和稀疏孔径技术设计了一种消色差稀疏孔径超构透镜。该消色差稀疏孔径超构透镜在加工面积降低至全孔径超构透镜25%的情况下，在可见光波段（400~700 nm）可实现与理想透镜一致的分辨率。该消色差稀疏孔径超构透镜既实现了对可见光波段的消色差，又解决了大孔径超构透镜的加工难题，具有加工成本低、消色差范围大、成像清晰等特点，在图像采集领域具有重要的应用价值。

针对微反射镜阵列（MMA）微反射镜集中度高、尺寸小，在实际检测过程中相邻镜面反射光容易出现串扰的问题，提出了一种用于微反射镜阵列角位置检测的光斑串扰抑制算法。对照射到阵列中待测微反射镜及邻域微反射镜上的光强进行标定，通过求解光强矩阵方程获得每个微反射镜的角位置信息。仿真结果显示，在检测光斑尺寸大于单个微反射镜尺寸的串扰情况下，该方法的检测精度可保持10 μrad以上，满足光刻机使用指标需求。所提出的检测方法可有效解决MMA检测过程中的串扰问题，对光刻机自由光瞳照明模块的角位置检测具有重要意义。

地下水重金属污染正在严重威胁环境安全和人体健康。荧光探针检测技术因具有灵敏度高、选择性好等优势，已成为检测重金属离子浓度的常用方法之一。受限于光源和光学系统的体积与成本等因素，现有重金属荧光检测装置无法满足现场原位检测需求。本文研制了一种地下水重金属荧光原位检测装置，其光学探头以紫外发光二极管（LED）为光源，采用共聚焦光路设计，荧光收集角范围可达102°，外径不超过60 mm，实现了小型化和低成本化。同时，以商用化台式荧光分光光度计作为参照设备，搭载相同的二价汞离子（Hg²⁺）荧光探针，开展了对比性能测试。实验结果表明，本文研发的装置具有良好的稳定性和线性响应特性，相关系数R²为0.989，检测限可达到1.47×10^-9，各项性能参数不亚于台式荧光分光光度计。

石英晶体是一种重要的双折射材料，广泛应用于光学相关领域。石英晶体在宽光谱下的参数测量通常使用椭圆偏振法，但现有的椭偏测量仪器往往假定晶体的光轴与测量光路对准，从而引入测量误差，这一问题在紫外波段尤为显著。为此提出了一种采用椭圆偏振法精确测量石英晶体参数的穆勒矩阵模型，运用坐标变换和Berreman 4×4矩阵理论建立石英晶体参数与穆勒矩阵的关联，通过拟合计算可以得到晶体的厚度、光轴欧拉角和相位延迟量。实验结果显示，拟合得到的穆勒矩阵与测量结果高度一致，模型拟合的均方根误差<5，拟合厚度的相对误差<1%，拟合的欧拉角与测量结果吻合。该模型包含的信息丰富，拟合准确，对椭圆偏振法测量各向异性材料的精确参数具有重要参考价值。

提出了一种利用归一化荧光信号对气溶胶颗粒进行分类的方法。将单个粒子的荧光信号在对应散射光信号上的归一化值分为四个区间，在四个区间内分别进行计数。将其应用于以405 nm激光二极管为激发光源的荧光粒子计数器，实现了对细菌、核黄素、香烟烟雾、汽车尾气、荧光微球等不同气溶胶粒子的初步分类。同时，采用主成分分析算法对实验结果进行了可视化分析。该方法可应用于微生物粒子的识别和预警，降低环境中非生物荧光粒子的干扰。

提出了一种快速计算光学系统像面照度均匀性的算法，通过近似算法计算系统数值孔径，并利用出射光瞳数值孔径表征像面照度。利用该算法计算光场不均匀性，将其作为自动优化过程中的评价函数之一，优化设计光刻机照明系统中继镜组。通过Light tools软件对设计的中继镜组进行仿真验证，结果表明不同相干因子照明下掩膜面上的光场不均匀性均小于0.5%。通过实验测试了设计的中继镜组的积分均匀性，结果表明各相干因子下，光场不均匀性小于1.21%，能够满足掩膜面上光场不均匀性的指标需求（< 1.5%），验证了该快速评估算法可有效应用于中继镜组优化设计中。

退偏器在深紫外光刻机照明系统中具有重要作用。尽管相关的设计、制造、性能评估已有一些报道，但是，相应的检测手段大多工作在可见光波段，目前仍缺乏直接对深紫外特定波长应用的退偏器进行性能检测的方法。本文提出了一种与激光光强波动无关的248 nm退偏器检测方法，使用248.372 nm波长的KrF准分子激光器作为光源，利用预起偏和偏振分光设计克服了激光光强波动造成的不利影响。误差分析表明，该方法适用于退偏器性能检测，绝对系统误差小于0.1226%，随机误差约0.2000%。验证实验和稳定性实验表明，测量偏振度均值与理论值高度一致，重复性水平与分析预期相当，再现性水平仅略差于重复性水平。这一方法为248 nm光刻机照明系统中使用的退偏器提供了一种稳定有效的离线性能检测手段。

在28 nm及以下节点光刻机中,平顶高斯照明光场是减小脉冲量化误差对曝光剂量影响的关键技术之一。为降低平顶高斯照明光场产生组件的设计、加工和装调难度,提出一种光刻机照明光场强度分布校正技术。该技术通过较少次数的算法迭代可获得合适的光场校正板透过率分布,并将扫描方向强度分布的尺寸公差需求作为边界条件来降低校正引起的能量损失。所得到的光场校正板可同时对照明光场的非扫描方向积分均匀性和扫描方向光场强度分布进行校正。仿真分析结果表明,该技术获得的光场校正板可将照明光场的非扫描方向积分均匀性校正至0.29%以下,也可将扫描方向强度分布校正至指标范围内,校正引入的能量损失也可平均降低4.09%。所提技术可在一定程度上提高光刻机的产率。