极小像差投影物镜中的高阶像差很难通过调节机构消除,是约束像质进一步补偿优化的瓶颈.离子束溅射(IBF)设备广泛应用于光学加工中,能够较好地去除低频和中频误差,实现高精度面形精修.对现有投影物镜小比例验证模型的系统波像差成分进行条纹泽尼克分析,发现存在很大的三叶像差.利用面形精修技术对物镜中的一个表面进行定量精修去除以补偿三叶像差.仿真与实验结果表明,三叶像差得到很好的控制,系统波像差由原来的29.6nm(RMS)减小到12.7 nm(RMS),成像质量得到进一步提升,验证了这种三叶像差补偿方法的正确性和可行性.

极平衡作为光刻物镜的一项重要指标，受到多种误差因素综合调制，因此有必要准确区分各种误差源的独立贡献量。提出了一种标定方法，将远心度误差所引入的调制效果进行了解耦，对极平衡指标进行了标定，并与质心标定方法进行对比研究。实现途径是以Matlab程序作为载体，调用Code V进行远心度运算，对LightTools的光瞳强度仿真结果进行重新定位，从而获取远心分离后的极平衡性指标。此外，设计了一个光刻物镜方案作为研究对象，对标定程序进行了仿真验证。结果表明，该标定方法可有效分离远心误差对极平衡的调制作用，程序执行效率较高。

由于影响曲率半径测量精度的因素众多，因此高精度曲率半径测量一直是光学检测中的难题之一。为了实现球面光学元件曲率半径的高精度测量，提出通过环境补偿和提高对准精度的方法来减小测量误差。首先从理论的角度分析了影响曲率半径检测精度的主要因素，并给出了在曲率半径测量过程中减小测量误差的方法以及相应的补偿方式。基于此分析，在高精度实验室中采用菲佐干涉仪结合高精度测长干涉仪的干涉测量方式，分别对典型的凸球面和凹球面光学元件进行了曲率半径检测。实验结果表明：通过环境补偿和提高对准精度的方法，曲率半径检测的复现性优于0.2 mm，实际测得的相对误差分别为0.67×10-6（2s）和0.60×10-6（2s），实现了高精度曲率半径测量。

为了高精度测量光学元件的曲率半径，提出了一种利用反射式计算全息元件结合波长移相干涉测长技术测量光学球面曲率半径的方法。测试中,将反射式计算全息元件作为基准来标定所用标准镜头参考面的曲率半径，利用波长移相干涉技术测量干涉腔腔长，通过计算分析得到被测元件的曲率半径。文中描述了该方法的系统构成及其工作原理。结合实例，运用理论分析与软件仿真模拟分析了方法的测量不确定度。最后，利用实验室现有的商用波长移相干涉仪进行了实验验证。对一口径为100 mm的球面样品进行曲率半径的测量，得到的结果为157.108 3 mm; 利用接触式球径仪法对同一样品进行对比测量，结果显示相对误差小于0.02%。与其它目前已有的非接触式曲率半径测量方法相比，提出的方法具有误差源少、测量精度高、易于操作等优点。

为了实现移相式菲索干涉仪对光学元件面形的高精度测量，建立了干涉仪同步采集移相系统，并对精确移相方法进行了研究。介绍了移相系统的构成和工作原理，计算了测量过程中移相器的速度。针对PZT移相器在移相过程中会引入离焦误差，并存在加速段和减速段的问题，详细设计了移相器的行进过程。最后，对移相器的性能进行了标定。在改造后的干涉仪上开展了重复性验证实验，结果表明：干涉仪可以获得λ/11 340的RMS测量重复性。对改造后干涉仪与Zygo公司生产的Verifire XP/D干涉仪的测量精度做了比对实验，结果显示：相同元件下两者测量结果的面形RMS之差约为09 nm，表明提出的移相系统及移相方法在重复性和准确度方面都能满足纳米级面形测量的要求，为研制高精度移相干涉仪奠定了基础。

由于存在振动和导向误差，干涉仪移相器在移相过程中产生随机的平移误差和倾斜误差，会给测量结果带来影响。因此高精度测量中对环境的稳定性和移相器的性能要求很苛刻。为了降低此种要求，针对随机和倾斜移相下干涉图背景光强和调制度的不均匀会影响移相平面计算的问题，对采集得到的干涉图做归一化处理，并利用迭代最小二乘法对归一化的干涉图做相位求解。迭代过程中，将干涉图分块来求解移相值，并对各移相值做平面拟合得到移相平面。仿真结果表明，该方法消除了背景光强和调制度的不均匀对倾斜系数计算的耦合作用，能够有效补偿倾斜移相误差对面形相位的影响，与其他方法相比,具有收敛速度快、求解精度高的特点。实验结果进一步验证了该方法的有效性。

针对合成孔径(SAR)图像的配准，提出一种基于仿射不变快速核独立成分分析-尺度不变特征变换(FKICA-SIFT)的多尺度配准方法。首先，根据特征点的Hessian矩阵构建仿射不变SIFT描述子。接着，利用FKICA提取该描述子的独立成分得到新的描述子FKICA-SIFT。然后，利用该描述子对Steerable滤波后的各层带通合成子图像提取的特征点进行匹配。最后，采用由粗到细的匹配策略逐步优化变换参数，实现图像的多尺度精确配准。实验结果表明，对有较大仿射变化的SAR图像，当阈值小于0.7时，该方法的匹配正确率大于85%，阈值小于0.5时，匹配正确率可达90%以上，配准精度达到亚像素水平, 优于SIFT，PCA-SIFT，ICA-SIFT及SURF等相关方法。使用该方法准确地检测出了地震前后唐家山堰塞湖水域的变化情况，基本满足了SAR图像变换检测前精确配准的要求。

193 nm 光刻投影物镜光学元件面形精度为纳米级，因此要求检测精度为纳米到亚纳米级。在高精度的光学元件面形检测中，为了保证检测的精度，干涉仪标准球面镜的精度要优于λ/40。根据检测要求，设计了一种新的标准镜装卡结构。采用有限元方法分析了参考面在重力作用下的面形变化情况，其最大面变形变化峰谷(PV)值仅为4.88 nm，均方根(RMS)值为1.04 nm。同时对不同环境温度下参考面的变形进行了计算得出面形的峰谷值和均方根值。利用标准具面形的Zernike 系数，得到了标准具系统的MTF，以实现标准具在重力作用下的像质评价。结果表明，所设计的标准具的结构可以满足标准具的设计要求。最后设计了差动螺钉驱动误差补偿机构。

在达到1 nm量级的光学元件表面面形干涉检验时，被检元件由温度变化引起的面形偏差是不能忽略的。分析了干涉检验时存在的各种环境温度情况，对不同情况下被检元件内外温度分布进行了仿真，并将温度场作为静力学分析的载荷条件，进行了镜面温度变形分析。计算出了带支撑的直径为300 mm凸球面透镜在不同温度分布下的镜面变形量，并通过球面拟合计算出面形的峰谷(PV)值和均方根(RMS)值，得出要保证1 nm精度的面形测量就需要保证环境温度水平漂移不超过±0.1 ℃，镜子轴向温度差不超过±0.05 ℃，直径方向温度差不超过±0.1 ℃的结论，为高精度面形检测的实施提供了参考。