为进一步增强加密或存储器件的实用性与安全性，设计并实现了一种多通道偏振复用的相变全息超表面，通过在多通道全息超表面设计中引入相变介质，实现了动态的可擦除功能。当耦合相变介质层处于非晶态时，所构造的编码超表面可以产生两个独立成像的全息通道。当相变介质变为晶态时，决定相位调控的交叉偏振被关闭，对应的相位编码“被擦除”。

光刻光源优化作为必不可少的分辨率增强技术之一，能够提高先进光刻成像质量。在先进光刻领域，光源优化的收敛效率和优化能力是至关重要的。粒子群优化算法作为一种全局优化算法，自适应控制策略可以提高粒子的全局搜索能力，非线性控制策略可以扩大粒子搜索范围。本文提出一种基于自适应非线性控制策略的粒子群优化算法，将光刻光源优化问题转换成多变量评价函数求解。对简单周期光栅图形和不规则图形进行成像优化仿真，通过粒子群优化算法的全局迭代特性优化光源形貌。利用图形误差(PEs)作为多变量评价函数，对迭代300次的仿真结果进行评价，两种仿真图形的PEs分别降低52.2%和35%。与传统粒子群优化算法和遗传算法相比，该方法不仅能提高成像质量，而且具有更高的收敛效率。

针对塔尔博特自成像光刻机对照明系统的特定需求, 基于成像照明光学设计理论,引入非成像光学理论思想, 建立照明系统的初始结构。利用光学设计软件Zemax对照明系统光学初始结构进行优化, 并在Lighttools中对该照明系统进行建模和大规模分布式光线追迹。追迹结果表明, 在照明面积60 mm×60 mm范围内, 照明不均匀度约为1.83%, 照明功率密度不小于1.15 mW·mm-2。对照明面在光轴方向上的位移容差进行分析, 结果表明该照明系统可以满足塔尔博特自成像光刻的需求。

基于角谱衍射理论，对扫描积分塔尔博特光刻术进行了理论分析与数值模拟。研究了扫描距离、扫描起始位置、扫描速度非匀速以及照明光源不同特性对扫描积分塔尔博特光刻所得光栅条纹质量的影响。模拟结果表明，当扫描距离为塔尔博特周期的整数倍时，扫描起始位置、扫描速度的非匀速性对扫描积分塔尔博特光刻的成像质量影响较小；当入射光源存在一定谱宽或发散角不大于0.05°时，扫描积分塔尔博特光刻仍可得到对比度较一致的倍频光栅条纹，证实了扫描积分塔尔博特光刻具有良好的工艺适用性。扫描积分塔尔博特光刻不需要昂贵而复杂的投影光学系统，可克服塔尔博特自成像有限焦深问题，对掩模与基片的定位精度及涂胶基片的平整度容忍度较高。该方法具有在非平面基底上制备大面积、低成本、高精度周期微纳结构的应用前景。

提出一种基于复合光栅的对准方法，满足接近式光刻高精度、大范围对准需要。该复合光栅由周期具有微小差异的小周期光栅以及与之相正交的大周期小范围光栅组成。对准过程中，通过对叠栅条纹进行高精度相位解析，实现精对准；通过直接求取大周期光栅位置实现粗对准。由于两个方向上的光栅相互正交，傅里叶变换提取频谱时将不受影响。分别分析小周期光栅的叠栅条纹相位分布，以及大周期光栅的强度分布，实现大范围、高精度对准。推导了基片、掩模相对移动量与复合光栅变化之间的关系。通过计算机模拟对该对准方法进行了仿真分析，考虑噪声的基础上，对准精度可以达到16.5 nm；通过实验系统对该对准方法进行了验证与分析，对准精度可以达到30.19 nm。

提出了一种基于二维光栅叠栅效应的纳米光刻对准方法，用于接近式光刻实现二维同步对准。该方法采用两组周期接近的二维光栅重叠产生一组周期分布的叠栅条纹，条纹的周期相对于两光栅周期被大幅度放大，将光栅间的位移反应在条纹的相位信息中。利用二维光栅在傅里叶频谱中x、y 向相互独立的频谱分布，通过傅里叶变换对正交叠栅条纹横纵两个方向上的相位信息进行解析，可实现高精度二维同步对准。建立了双二维Ronchi光栅对准复振幅分布物理模型，推导了基片、掩模相对位移量与叠栅条纹相位之间的关系。通过计算机模拟对该对准方法进行了仿真分析，考虑噪声情况下，对准精度可以达到2 nm；通过实验系统对该对准方法进行测试，实验结果对准精度可以达到22 nm。