为了实现对光学元件表面不同尺寸尤其是微小尺寸缺陷的精确检测，以典型的光学元件表面缺陷即麻点和划痕为研究目标，提出了一种基于散射场分布拟合逼近的表面缺陷检测方法。实验结果表明，本方法可以对光学元件表面的微小尺寸缺陷进行快速有效的检测，且拟合计算结果与样件原始尺寸的相对误差基本小于5%，验证了本方法的有效性。此外，本方法还解决了现有测量方法精度低、结构复杂的问题，为精确检测光学元件表面的微小尺寸缺陷提供了新思路。

深紫外、极紫外光刻、先进光源等现代光学工程牵引驱动超精密光学技术持续发展, 超精密光学制造要求与之精度相匹配的超高精度检测技术。作为核心技术指标之一的面形精度通常要求达到纳米、深亚纳米甚至几十皮米量级, 超高精度面形干涉检测技术挑战技术极限, 具有重要研究意义和应用价值。本文分析了面形干涉检测技术发展趋势, 主要介绍了中国科学院光电技术研究所近年来在超高精度面形干涉检测技术相关研究进展。

提出一种磁流变抛光瞬变过程多相颗粒流模型,获得了瞬变过程在宏观、介观、微观三个层次的力学关联,从而建立了基于三向在位力学信号的瞬变过程表征方法,在位、同步、动态地测定了磁流变抛光的三向力学信号,解决了毫米尺度空间下磁流变抛光液-固界面的在位测量问题。采用屈服强度为220 kPa、宾汉黏度为0.07 Pa·s的高去除率抛光液对?50 mm的BK7超精密平面元件进行磁流变抛光实验,测量得到磁流变抛光流场瞬变响应时间为700 ms。

根据高精密光学系统的工作环境条件, 即要求车载光学平台具备良好的力学性能和隔振性能, 制定了车载光学平台的结构设计方案。通过ANSYS对车载光学平台进行了静态、模态分析, 获得静态应变及振动模态, 从而对车载光学平台进行优化设计。车载光学平台随载车进行了跑车试验和测试, 结果显示, ANSYS仿真分析结果与测试结果相近, 表明车载光学平台具有良好的稳定性, 保证高精密光学系统能够稳定工作。

微位移装置是指在外力或者电场、磁场等作用下, 直接或间接由微结构杠杆放大产生精密微量移动, 实现精密定位的装置, 例如采用压电陶瓷的逆压电效应、由电压控制产生微位移蠕动。以干涉仪中移相器为典型微位移装置代表, 总结多年来科研工作中对微位移装置伸长量的测量与在线标定方法, 实现了干涉仪中步长为λ/8(λ=632. 8 nm)的准确移相; 通过研究基于电容器件的位移反馈, 实现了分辨率优于10 nm的精密定位。

考虑用CaF2材料制作投影光刻物镜可以明显提高其性能指标, 本文研究了CaF2材料加工工艺的全流程, 以实现CaF2材料的全频段高精度加工。首先, 利用沥青抛光膜和金刚石微粉使CaF2元件有较好的面形和表面质量。然后, 优化转速、抛光盘移动范围、压力等加工工艺参数, 并使用硅溶胶溶液抛光进一步降低CaF2元件的高频误差, 逐渐去除加工中产生的划痕并且获得极小中频误差(Zernike残差)和高频粗糙度。 最后, 在不改变CaF2元件高频误差的同时利用离子束加工精修元件面形。对100 mm口径氟化钙材料平面进行了加工和测试。结果表明: 其Zernike 37项拟合面形误差RMS值可达0.39 nm, Zernike残差RMS值为0.43 nm, 高频粗糙度均值为0.31 nm, 实现了对CaF2元件的亚纳米精度加工, 为研发高性能深紫外投影光刻物镜奠定了良好基础。

为了精确控制与补偿物镜的热像差, 设计了一套三镜实验光学系统, 基于该系统验证了热像差计算方法的准确性。介绍了热像差分析方法及验证实验方案。开展不同热载工况下热像差测试实验, 并与仿真结果进行了对比。最后, 综合实验与仿真结果, 分析了特定热载条件下系统热像差中非轴对称像差成分以及系统最佳焦面的变化趋势, 获得了热像差的瞬态特性。实验结果显示: 在输入热载大小之比为1∶4∶9的情况下, 实验和仿真获得的热像差均方根(RMS)值之比分别为1∶3.75∶9和1∶4.01∶9.01, 光学系统所加热载和热像差之间呈线性关系; 在实验热载荷作用下, 系统最佳焦面的稳态时间小于450 min, 而热像差中一阶像散(标准Zernike Z4)的稳态时间小于48 min, 一阶四叶(标准Zernike Z11)的稳态时间小于9 min, 最佳焦面稳态时间远大于非轴对称成分的稳态时间。基于该三镜实验光学系统所获得的热像差特性能够为投影光刻物镜或其它精密光学系统的热像差控制与补偿提供有力支撑。

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。