针对光刻机照明系统矩形光场的均匀照明需求，提出了一种基于单排平凸微柱面镜阵列与小长宽比积分棒相结合的匀光单元方案。分析了小长宽比积分棒输入光场的角度分布特性和宽度对照明均匀性的影响。使用单排平凸微柱面镜阵列进行预匀光可以满足积分棒输入光场需求。采用光线方向余弦的分布偏差表征照明均匀性，构造了匀光单元透镜组的均匀性评价函数，并以KrF光刻机匀光单元为对象，利用CODE V软件对平凸微柱面镜和聚光镜组进行了自动优化设计。在LightTools中对该匀光单元进行仿真验证，结果表明，在不同部分相干因子的传统照明模式和环形照明模式下输出光场的积分非均匀性均小于0.43%，优于基于弥散斑均方根评价函数优化设计的对照组结果，对相关工程设计有一定参考意义。

提出利用光束整形技术提高激光照明均匀性、调节照明远场光斑尺寸的方法, 用Easylaser激光仿真软件分析光束截断比对照明均匀性的影响, 分析大气湍流条件下光束整形对照明均匀性的影响, 并比较调节光束质量与光束整形对照明均匀性的影响。结果表明: 光束整形具有调节照明激光远场光斑尺度及均匀性的能力, 相位调节因子越大, 整形后远场光斑半径越大、均匀性越好; 光束截断比越大照明均匀性越好; 弱湍流条件下, 光束整形比调节光束质量的照明激光远场光斑均匀性更好。

采用理论推导和计算仿真的方法对LED阵列光源的照明均匀性进行了研究。重点分析了LED阵列的空间角度辐射分布和平面照度分布，结合实验室辐射定标对光源均匀性的要求，设计了LED阵列光源模型，并利用LightTools软件对该模型的照明均匀性进行仿真。仿真结果表明LED阵列面均匀性可达98.3%，空间角度辐射均匀性可达98.2%。对Labsphere积分球进行均匀性测试，并将LED阵列模型的仿真结果与积分球测试结果进行了比较。对比结果表明，LED阵列仿真结果达到与积分球接近的指标，证明设计的LED阵列光源满足实验室辐射定标对光源均匀性的要求。

近红外激光照明是在低照度情况下, 用近红外激光作为光源对远距离目标进行主动照明.由于激光的产生机制、匀光装置和照明器采用的光学系统公差、大气湍流等因素, 近红外激光光束在目标面上的光强空间分布不均匀, 对成像、观测准确度产生较大影响.本文提出采用近红外激光光强功率谱衡量照明近红外激光光强分布均匀性, 即采用归一化后光强功率谱所围成的面积作为衡量近红外激光照明均匀性的参量.利用这种方法, 对不同的近红外激光照明器, 在相同的工作状态下的照明均匀性评估参量进行了研究, 结果验证了采用归一化后光强功率谱所围成的面积作为评价参量的合理性.

均匀照明是投影光刻机中实现光刻线条高度均一性的重要条件。采用微透镜阵列作为照明匀光器件，能够在实现矩形照明光斑的同时获得极高的远场分布均匀性。基于微透镜阵列现有的加工工艺，设计出二维方向分开的柱面微透镜阵列，并通过优化设计，克服了微透镜之间的接缝在远场光场处产生的中心亮线。仿真分析表明，所设计的微透镜阵列的远场分布不均匀性达到0.85%。

在曝光线宽为90 nm节点的投影光刻机照明系统中，针对准分子激光光源扩束后出射光束均匀性较差的问题，用高斯光束边缘叠加能够提高均匀性的原理对反射式扩束单元进行了分析。结果表明，平行反射式扩束单元出射光束之间叠加尺寸与反射板某区域透射率存在矛盾，制约了照明光束均匀性的提高。为此，提出了非平行反射扩束镜组，推导了出射光束尺寸、叠加子光束个数与两反射镜楔角之间的关系式，确定了楔角的取值范围和扩束单元的结构形式。通过建模分析，验证了设计的扩束单元在实现光束一维扩束的同时，不仅减小了叠加光束的干涉散斑效应，还提高了光束均匀性。

照明光路是决定投影仪光学引擎的光能利用率和光学体积的主要因素。传统照明光路针对朗伯光源进行收集与分配，无法从根本上消除系统光效低和体积大的缺点。设计了一种基于渐变折射率(GRIN)透镜阵列的单片式数字光处理(DLP)激光投影光学引擎的照明光路，以单级透镜系统取代了传统的聚光、匀光等结构复杂的光学组件。通过光线追迹软件对照明光路的光学特性进行了仿真评估，光能利用率达69.5%，照明均匀性达90.9%，光学体积仅为3.06 cm3，达到了提高光效和减小体积的设计目的。

基于几何光学与辐辐射照度理论，对满足均匀近场照明的半导体发光二极管(LED)二次曲线阵列进行分析，推导了光源照射到屏上的总辐射照度表达式。依据斯派罗法则，利用Matlab数值优化工具包对表达式计算，并结合TracePro软件对所设计的阵列进行光线追迹仿真。结果表明，与平面阵列相比，二次曲线阵列可以得到更大角度的光场分布。对两种特殊二次曲线的二维和三维阵列进行分析和模拟，使照明面上的均匀度得到优化。该方法为LED照明模组的设计提供了重要参考。

在海面波浪坡度场光学测量系统中, 光源是一个非常重要的照明元件。合理的设计和选用光源, 是保证系统精度和布局的重要因素之一。比较传统光源短弧氙灯的明显优势, 如低能耗,寿命长,更好的安全性和稳定性等, 本文提出了采用LED作为本系统光源的设想, 确定了所需LED个数和LED阵列方式, 并经过计算和光学软件模拟, 验证了本设想的可行性。

本文针对带钢表面划痕缺陷，以常见的面阵LED 作为光源搭建低角度、暗域照明系统，同时基于照明系统推导出在一定照明区域中光照度函数表达式，同时对单个LED 发光强度曲线进行了拟合，得出其光强分布函数，基于该函数对照明系统进行建模，利用Tracepro 光学软件对照度函数中进行了仿真，分析其中参数β、S 与照明均匀度ΔE 之间的关系，为视觉检测照明系统的搭建提供了相应的依据，并最终通过照明实验对仿真结果进行了验证。