光学非球面面形的非零位检测较零位检测而言具有更强的通用性。详细分析了非球面非零位检测中回程误差的产生机理，结合校正方法将其分为可预知回程误差和不可预知回程误差两部分，分析其对最终检测结果的影响。然后介绍了实际检测中常用的回程误差校正方法的原理，通过仿真实验对比各种方法对不同非球面度、不同面形误差大小的被测非球面的校正效果，并结合方法原理和仿真结果分析了不同方法的回程误差校正能力，总结其适用范围。

考虑有限距光学系统的成像质量与系统垂轴放大率相关, 本文提出了基于系统波像差检测的垂轴放大率测量方案。以给定的光学系统中像平面位置与物平面位置满足高斯公式和牛顿公式的原理为出发点, 通过系统波像差中离焦量的变化监控物点移动微小量后像点的移动距离。然后, 对牛顿公式或高斯公式微分导出轴向放大率, 最终求出系统垂轴放大率。建立了垂轴放大率测量模型, 给出物点的微小位移量和初始离焦量的选取标准, 并系统地分析了光学元件形位公差和像点定位精度对垂轴放大率测量结果的影响。搭建了基于点衍射干涉仪的微缩投影系统波像差检测平台, 测量了系统的垂轴放大率。 实验显示, 系统垂轴放大率的测量值与理论值的偏差优于0.24%, 验证了提出的垂轴放大率测量方法的可行性和理论分析的准确性。

为了评估光机结构的长期稳定性，提出了一种偏移量解算的稳定性评估方案。首先进行数学建模，通过敏感矩阵建立了光机结构偏移量与系统波像差变化量的关系式，并给出了基于奇异值分解的偏移量求解方法。然后以微缩投影系统为研究对象，建立了敏感矩阵，在奇异值分解的基础上分析了像差奇异值向量与结构参数奇异值向量的对应关系。通过在实际搭建的微缩投影系统中人为引入偏移量，并与理论解算值进行对比，验证了方案的可行性。最后对系统长期稳定性进行了测试，为后续的结构优化提供了指导。

高数值孔径(NA)、大视场极紫外光刻物镜光学系统是实现22 nm及以下技术节点产业化光刻系统的关键部件。通过对光刻物镜系统结构的分析，利用可视化对其初始结构进行分组构造。并在此基础上采用一种渐近式NA 方法获得了弦长为26 mm，宽2 mm的弧形视场内复合波像差优于均方根(RMS)为λ/50的物镜系统。借助Q型多项式，使物镜光学元件非球面度低于45 μm，最大口径小于400 mm，全视场波像差优于0.027 λ RMS，畸变优于1.5 nm。

利用光栅选支调谐的TEA CO2激光器作为泵浦源设计了高能量脉冲光泵浦太赫兹激光器。太赫兹激光谐振腔由2 m长的石英玻璃管、GaAs泵浦光输入窗和SiO2太赫兹光输出窗组成，氨气充入谐振腔内作为增益介质。太赫兹激光的波长由自主设计的金属线栅F-P干涉仪测量。实验中在多个波长处都获得了强烈的太赫兹光输出，其中151.5 μm太赫兹光的输出脉冲能量高达204 mJ，对应的泵浦光能量为32 J。最后,还给出了利用151.5 μm太赫兹光进行透视成像的实验结果。

A high energy pulsed terahertz (THz) laser is studied experimentally. The laser cavity simply consists of a quartz glass waveguide, a coated GaAs input window, and a crystal quartz output window. NH₃ is filled in the cavity as gain medium, and pumped by an 8-J line-tunable transversely excited atmospheric (TEA) CO₂ laser. When 9R(16) transition acts as the pump line, 55.6-mJ THz radiation (90 \mu m) is obtained at 730-Pa NH₃ pressure. The corresponding conversion efficiency is 13.54%. Energy and optimal pressure of amplified spontaneous emission and laser oscillation are compared.