深紫外光刻是目前集成电路制造的主流方法, 为实现更小的元件特征尺寸, 必须采用浸没式投影物镜以提高光学系统的分辨率, 由此向其中的薄膜光学元件提出了众多苛刻的要求。本文介绍了适用于浸没式光刻系统的薄膜材料及膜系设计, 以及高NA光学系统所需的大角度保偏膜系; 对物镜中最关键的浸液薄膜的液体环境适应性、疏水及防污染等关键问题进行了讨论; 对衡量浸没式光刻系统性能的重要因素镀膜元件激光辐照寿命, 尤其是浸液环境下的元件辐照寿命进行了分析。

为了合理有效设计近似最优航空磁探仪搜索路径，采用累积探测概率作为适应度评价函数，提出一种基于遗传算法的航空磁探仪搜索路径优化算法。为了使染色体客观表达真实搜索路径，采用变长实数编码的方式；根据目标的先验信息，限定解空间范围，并且采用规则搜索阵型和随机搜索阵型组合生成初始种群，保证了个体的非劣性和多样性；在遗传算子设计的过程中，提出基于椭圆约束的交叉和变异方法，保证生成的子代符合航空磁探仪搜索连续时间和连续空间的约束。仿真实验结果表明，该算法收敛快、性能稳定，与传统规则搜索阵型相比能够显著提高航空磁探仪的搜索概率。

采用离子束溅射制备了AlF3、GdF3单层膜及193 nm减反和高反膜系, 分别使用分光光度计、原子力显微镜和应力仪研究了薄膜的光学特性、微观结构以及残余应力。在优选的沉积参数下制备出消光系数分别为11×10-4和30×10-4的低损耗AlF3和GdF3薄膜, 对应的折射率分别为143和167, 193 nm减反膜系的透过率为996%,剩余反射几乎为零, 而高反膜系的反射率为992%,透过率为01%。应力测量结果表明, AlF3薄膜表现为张应力而GdF3薄膜具有压应力, 与沉积条件相关的低生长应力是AlF3和GdF3薄膜残余应力较小的主要原因, 采用这两种材料制备的减反及高反膜系应力均低于50 MPa。针对平面和曲率半径为240 mm的凸面元件, 通过设计修正挡板, 250 mm口径膜厚均匀性均优于97%。为亚纳米精度的平面元件镀制193 nm减反膜系, 镀膜后RMS由0177 nm变为0219 nm。

调频连续波激光测距具有无盲区、非接触测量和绝对测距等优点,但是由于可调谐激光器光频率调制非线性对其测量精度的影响,限制了调频连续波激光测距在精密测量领域中的应用。针对调频连续波激光测距中测距精度受到激光器光频率调制非线性的影响,提出了双干涉光路调频连续波激光测距方法,利用两个干涉系统得到的干涉条纹数量的比值计算得到被测目标的距离,消除了激光器光频率调制非线性对测距精度的影响,实现了65 μm的测量分辨率和15 μm的重复测量精度。该方法无需对激光的波长进行测量,也无需对激光器进行锁频,系统组成简单,在工业大尺寸测量、空间技术、测绘等领域有着广阔的应用前景。

可调谐激光器的调制线性度和调制范围是限制调频连续波激光测距测量分辨率的主要因素.利用单个调制范围较小的可调谐激光器对单个目标进行调频连续波激光测距时，对目标进行多次测量，再将经过等光频间隔采样的信号进行信号融合可以达到提高测量分辨率的目的.该方法可以有效降低调频连续波激光测距对激光器调制范围的要求，且容易实现、系统组成简单，有利于将调频连续波激光测距引入工业大尺寸测量、空间技术、测绘等领域.

本文采用离子束溅射方法制备GdF3薄膜, 并研究其沉积速率分布特征。首先, 采用膜厚仪测量得出GdF3薄膜在行星盘平面的二维沉积速率分布图, 通过拟合模型得到二维沉积速率分布公式。其次, 分析了束流束压及靶材角度对沉积速率分布特征的影响。最后, 以二维沉积速率分布公式为基础, 通过计算机编程设计均匀性挡板, 并进行膜厚均匀性实验验证。结果表明, 沉积速率在水平方向上满足ECS函数分布, 在竖直方向上满足标准Gauss分布, 拟合公式残差为205×10-6。改变离子源的束流和束压, 沉积速率分布特征保持不变。而随着靶材角度的增大, Gauss分布的半峰宽值ω逐渐增大, 峰值位置xc逐渐增大, 在θ=292°时, GdF3薄膜的沉积速率最大。通过挡板修调实验, 可将270 mm口径平面元件的膜厚均匀性调整为979%。

为了掌握熔石英样品在紫外波段的吸收特性, 研究了精确评估激光量热仪测量不确定度的方法。介绍了激光量热仪的吸收测量原理, 选用指数法对吸收测量数据进行了拟合; 通过分析各吸收率测量结果的影响分量, 建立了测量不确定度评估模型; 对各输入量的估计值以及估计值的标准不确定度逐一进行计算, 并对影响吸收率测量结果的拟合计算参数A、γ进行了修正。考虑背景温度漂移对被测样品温度测量的影响, 利用Matlab编程分析了线性、非线性温度漂移对吸收计算结果的影响, 获得其相对标准不确定度及相对扩展不确定度分别为2.6%和5.2%。最后, 更换熔石英基底并进行多次吸收测量, 计算了吸收率10次测量结果平均值的相对标准不确定度为2.3%, 相对扩展不确定度为4.6%, 与评估结果基本相同。

深紫外波段是目前常规光学技术的短波极限, 随着波长的缩短, 深紫外光学薄膜开发面临一系列特殊的问题; 而对于深紫外光刻系统这样的典型超精密光学系统来说, 对薄膜光学元件提出的要求则更加苛刻。本文主要介绍了适用于深紫外光刻系统的薄膜材料及膜系设计; 对薄膜沉积工艺、元件面形保障、大口径曲面均匀性等超精密光学元件的指标保障关键问题进行了讨论; 对环境污染与激光辐照特性等光刻系统中薄膜元件环境适应性的重要因素进行了深入分析。以上分析为突破高性能深紫外光刻光学薄膜开发瓶颈, 更好地满足深紫外光刻等极高精度光学系统的应用需求指明了方向。

提出了一种对等频率间隔的采样信号进行拼接来提高调频连续波激光测距系统的测距分辨力的方法。研究了调频连续波激光测距的原理, 设计搭建了基于一种双干涉系统的光纤调频连续波激光测距系统。利用辅助干涉系统产生的时钟信号对测量干涉系统的信号进行等光频间隔的采样, 然后对采样信号进行拼接。使用LabVIEW设计了信号错误检测处理、采样和拼接的信号处理系统。利用该测距系统进行了实验验证, 结果显示, 将等光频间隔的采样信号进行拼接的方法可以突破激光器扫描范围的限制, 减少光源非线性的影响, 从而提高系统的测距分辨力。得到结果表明, 在测量距离为8.7 m时, 该系统的测距分辨力可达70 μm, 30组测量结果的重复性标准差为35 μm。

研究了钼舟热蒸发工艺和离子束溅射方法制备的单层LaF3薄膜的特性。首先，采用分光光度计测量了LaF3薄膜的透射率和反射率光谱，使用不同模型拟合得出薄膜的折射率和消光系数。然后，采用应力仪测量了加热和降温过程中LaF3薄膜的应力-温度曲线。最后，采用X射线衍射仪测试了薄膜的晶体结构。实验结果表明，热蒸发制备的LaF3(RH LaF3)存在折射率的不均匀性，在193 nm，其折射率和消光系数分别为1.687和5×10-4，而离子束溅射制备的LaF3(IBS LaF3)折射率和消光系数分别为1.714和9×10-4。 两种薄膜表现出相反的应力状态，RH LaF3薄膜具有张应力，而IBS LaF3具有压应力，退火之后其压应力减小。 热蒸发制备的MgF2/LaF3减反膜在193 nm透过率为99.4%，反射率为0.04%，离子束溅射制备的AlF3/LaF3减反膜透过率为99.2%，反射率为0.1%。