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。

极紫外光刻投影系统中高反膜厚度一般约300 nm，远大于13.5 nm的工作波长，光能并不能完全穿透膜层入射到基底，从而引入数倍于波长的额外光程差，降低系统成像质量。从能量调制的角度提出了一种基于能量守恒定律的多层膜等效工作界面模型，将光学薄膜中复杂的物理光学过程等效地转换为简单直观的几何光学过程，获取可被常用光学设计软件识别的数据，进而实现对有膜光学系统的分析。利用该模型对不同系统进行了分析优化，获得了一套可实现衍射受限成像的有膜系统方案，证明了基于能量守恒的等效工作界面的有效性，指导后续系统的装调，为多次反射系统的分析提供了一种方法。