钕玻璃激光放大片在热恢复后的剩余温度场对于光束退偏和波前畸变具有重要的影响。当冷却过程中出现不对称情形，将导致剩余温度场的不对称，从而影响到高功率激光光束发次之间的重复性。本文在对N41型钕玻璃四周包边侧弱冷和强冷所导致的剩余温度场分布特征进行模拟分析的基础上，重点研究了包边侧不对称冷却所导致的剩余温度场的变化。这种变化的程度与钕玻璃四周包边侧冷却的强弱有关，并进一步分析了由弱冷转为强冷时钕玻璃激光放大片的通光面和四周包边界面上各自的散热量。

设计了一套极紫外光刻光源系统的光束准直系统，用于满足极紫外光刻光源系统对光束指向稳定性的需求，保证极紫外光的转换效率。准直系统由两部分组成，光束抖动检测模块和光束准直模块，通过分析光束抖动机理、光束控制原理，基于虚拟仪器开发软件LabVIEW，搭建了一套检测加控制的闭环准直系统。实验结果表明：光束经过准直系统后，水平方向抖动幅度小于2 μm，垂直方向抖动幅度小于4 μm，指向稳定性低于6 μrad，满足光源系统对光束指向稳定性的要求。

为了进一步提高激光光束用作直线基准的精度, 建立了基于反射镜平动式光束稳定器以及两点式光束漂移分离法的高精度激光光束准直系统。首先, 对系统中基于反射镜平动的光束稳定器进行研究, 对其光束偏转原理以及影响因素进行分析, 并对两点式光束漂移分离方法进行介绍。然后, 对光束偏转单元的分辨力以及偏转范围、所使用的压电陶瓷非线性和迟滞特性、以及光束偏转单元的频率响应特性进行实验测试。最后, 对该激光准直系统的激光光束准直精度进行测试。实验结果表明: 本文提出的光束偏转单元在120 μrad范围内的光束偏转分辨力可以达到5 nrad, 频率响应特性高于2 kHz; 最终激光准直系统的准直精度在二维方向上分别达到1.9×10-8 rad和2.1×10-8 rad, 相对于现有技术约提高了3倍, 满足激光光束用作高精度直线基准的需求。

根据浸没式光刻系统的技术要求, 设计了光束稳定系统, 通过两个反射镜消除光束的位置漂移和指向漂移.基于深紫外材料特性, 选择JGS1作为反射镜的基底, Al2O3和MgF2为高、低折射率薄膜材料.通过膜系设计软件完成了高反射膜的设计和模拟分析, 并采用真空沉积技术研制了该薄膜.通过选择行星夹具镀膜设备和设计特定的补偿挡板来保证薄膜的非均匀性小于0.2%.测试了反射镜样片的光谱曲线和表面微观结构, 结果表明研制的薄膜在45°入射时的反射率为98.5%, 散射损耗为0.30%, 满足系统使用要求.

在光束稳定系统中, 受到传输介质和平台振动等因素的影响, 通常同时存在能量与频率成反比特性的宽带扰动和平台机械谐振引起的在某个特定频率点出现的窄带扰动。为了解决光束稳定系统中由大幅度、高频率窄带扰动和宽带扰动引起光束抖动的问题, 设计了基于两级高速倾斜镜串联控制的光束稳定系统, 提出了利用前级光束稳定系统校正窄带扰动, 后级光束稳定系统校正宽带扰动的控制算法, 实现了对大幅度高频率窄带扰动和宽带扰动的同时抑制。在相同条件下, 对比了传统的控制方法和两级高速倾斜镜联合校正控制系统的残余误差。仿真和实验表明, 提出的系统结构和控制方法能够有效地抑制光束稳定系统中存在的扰动。

光束稳定技术是光刻机照明系统中一项重要的单元技术，其作用是将激光器出射的经长距离传输后的光束稳定在需要的指向和位置上，以保证照明系统具有稳定的光强分布。光束稳定系统主要由光束测量和光束转向两个功能模块组成，推导了两个模块之间的光束传递矩阵，并基于LabView搭建了光电闭环控制实验系统。对系统性能进行了测试，通过人为引入已知光束漂移量得到如下结果：系统的指向稳态误差低于±3 μrad，位置稳态误差低于±0.04 mm，系统调整时间小于80 ms。结果表明该系统可以精确地把光束稳定在需要的指向和位置。

将光束动态分布的概率分析加入到传统稳定性设计过程之中，提出了一种基于动态分布的光束稳定性分析方法，并以大型激光驱动器中的空间滤波器为分析对象，讨论了在不改变光学参数的基础上，如何利用该方法对滤波器的结构特性进行优化。结果表明，该方法能够对元件间的相对参数值提出要求，有别于传统方法仅着眼于提升单个元件的稳定性的设计思路。与传统方法共同运用，同时对光束的动态范围和分布类型进行优化，能够进一步改善系统的稳定性，为装置运行提供稳定可靠的基础平台。