使用分子动力学方法计算了Mo、Si原子发生反射和再溅射的概率,以及原子的反射、再溅射角度和能量分布。考虑了四种碰撞:Mo原子与Mo基底碰撞、Mo原子与Si基底碰撞、Si原子与Si基底碰撞、Si原子与Mo基底碰撞。模拟发现,当沉积原子传递给基底的能量降低时,发生反射的概率增加,但是发生再溅射的概率降低。此外,入射角度对反射概率、再溅射概率的影响与沉积原子和基底原子的种类有关;然而,入射能量越高越容易发生反射、再溅射。最后,进行了磁控溅射实验,在具有不同倾斜角度的基底上制备了Mo/Si多层膜样片,实验结论验证了仿真结果。研究结果可以用于模拟磁控溅射镀膜过程,优化镀膜工艺。

Mo/Si多层膜镀膜工艺是极紫外光刻的关键技术之一,为了优化并提升Mo/Si多层膜的镀膜工艺,研究了气压、靶-基底间距这两个工艺参数对Mo/Si多层膜表面粗糙度的影响。根据磁控溅射物理过程,建立了一个原子沉积的物理模型,分析了原子沉积到基底时的入射角度和入射能量分布对气压、靶-基底间距的影响。此外,利用直流磁控溅射镀膜机,制备了Mo/Si多层膜样片,并测量了膜表面粗糙度和功率谱密度,研究了膜表面粗糙度和功率谱密度随气压和靶-基底间距的演化规律。理论和实验的结论一致,所提模型从理论上解释了实验测量结果。

为了研究特定模式下氟化物高反射薄膜的损伤机理, 采用相衬微分干涉显微镜、原子力显微镜和台阶仪对不同工艺条件下制备薄膜的损伤区域逐步进行对比分析, 在薄膜沉积温度增加后, 随着薄膜体内聚集密度的增加, 薄膜激光损伤阈值有所提升; 对于规整膜系, 体内驻波电场强度分布对薄膜损伤也有较大影响。结果表明, 根据薄膜损伤形貌和损伤深度综合推断, 制备的高反射薄膜损伤是由薄膜体内的聚集密度和电场强度分布所共同引起。该实验结果为下一步继续研究高性能激光反射薄膜打下了基础。

对“日盲”紫外诱导透射滤光片进行了理论设计与分析, 并分别优化了离子束溅射法沉积ZrO2、SiO2和Al薄膜的工艺。利用反射与透射光谱反演获得了ZrO2和SiO2薄膜的光学常数, 并由JGS1/SiO2/Al/SiO2/air(SAS)样品的变角度椭偏光谱反演精确获得了Al薄膜的光学常数。在此基础上, 采用离子束溅射沉积方法并利用上述3种薄膜材料优化制备了“日盲”紫外诱导透射滤光片, 测量了滤光片的光谱性能。光谱性能分析表明, 滤光片的峰值波长位于264 nm, 峰值透过率大于60.0%, 透过峰带宽(FWHM)约为13 nm, 在300~350 nm波段的截止度达到了2.6 OD。研究认为制约离子束溅射制备“日盲”紫外诱导透射滤光片性能的主要因素是Al金属膜的溅射沉积速率以及沉积Al膜时腔体中残余的O2含量。

降低薄膜的吸收对于氧化物薄膜在深紫外波段的应用具有重要意义，为此采用离子束溅射方法分别制备了用于深紫外波段的Al2O3和SiO2薄膜，利用光度法和椭圆偏振法相结合，计算得到其在190~800 nm范围内折射率n和消光系数k的色散曲线。在此基础上，以这两种氧化物材料作为高低折射率材料进行组合，设计并制备了λ/4规整膜系的193 nm多层高反射膜。实验结果表明，退火前薄膜的光学损耗相对较大，其中散射损耗较小，吸收损耗是光学损耗的主要部分。退火后光学损耗明显减小，散射损耗随着表面粗糙度增加而略微增加，表明光学损耗的减小是由吸收损耗下降所引起的。通过工艺优化，改善了氧化物薄膜在深紫外波段的损耗状况，使其在深紫外波段具有较好的光学特性，退火后高反射膜的反射率在193 nm处达96%以上。

原子力显微镜(AFM)是评价亚纳米级表面粗糙度σRMS最主要的测试仪器，但其测试结果会因采样条件（采样间距、采样点数）及测量点位置变化而改变。以AFM测试超光滑光学基底随机表面为例，应用累积功率谱理论建立了确定合理采样条件的方法，避免了采样条件选取不当带来的数据丢失或冗余；通过全局优化选取测量点和局部优化选取测量点相结合，降低了样品表面区域性差异给测试结果带来的不确定性，并大大减少了获得可靠测试结果所需的测试量。上述工作为超光滑光学基底AFM测试提供了有效方案。

对用于ArF准分子激光器的CaF2衬底进行了表征实验研究。采用分光光度计测量了CaF2衬底的透射光谱和反射光谱，利用激光量热法测量了CaF2衬底吸收，分别利用原子力显微镜（AFM）和白光干涉仪（WLI）测量了CaF2衬底的表面粗糙度，并计算了功率谱密度（PSD）和表面散射，最后分别测量了CaF2衬底的荧光光谱、红外光谱和拉曼光谱。激光量热法测量5 mm厚准分子级CaF2衬底的吸收结果为922×10-6。AFM和WLI测得的CaF2衬底表面粗糙度均方根值分别为0.22和1.24 nm，计算表面散射损耗分别为0.005%和0.25%。荧光光谱在紫外（UV）级CaF2衬底中检测到Ce3+等杂质离子。红外光谱和拉曼光谱在CaF2衬底表面没有检测到水气和有机污染物。实验结果表明，激光量热法可以精确地测量和评价准分子级CaF2衬底的吸收，表面粗糙度的测量结果需要与散射的实测结果综合起来进行评价，荧光和红外等光谱技术是检测CaF2衬底内部痕量杂质及表面污染的有效手段。

概述了193nm薄膜激光诱导损伤的研究进展。通过对紫外到深紫外波段几种典型薄膜损伤形貌的介绍，对比分析了193nm薄膜激光诱导损伤的可能原因。指出在该波段的氧化物薄膜损伤中，吸收是导致薄膜大块损伤的重要因素，而氟化物的薄膜损伤则是由沉积过程的膜层局部缺陷造成。根据薄膜样品的损伤分析表明，薄膜的某些制备参量与激光损伤阈值相关联。为提高薄膜元件的抗激光损伤能力，分别从薄膜材料的选择、膜系设计的完善以及沉积工艺的优化等3个方面出发，总结出改善薄膜激光损伤阈值的方法。

HfO2薄膜在紫外光学中具有十分重要的地位，不同方法制备的HfO2薄膜特性不同，可以满足不同的实际应用需求。本文分别利用电子束蒸发和离子束溅射方法制备了用于紫外光区域的HfO2薄膜，并对薄膜的材料和光学特性进行了表征与比较。通过对单层HfO2薄膜的实测透射和反射光谱进行数值反演，得到了HfO2薄膜在230~800 nm波段的折射率和消光系数色散曲线，结果表明两种方法制备的HfO2薄膜在250 nm的消光系数均小于2×10-3。在此基础上，制备了两种典型的紫外光学薄膜元件(紫外低通滤波器和240 nm高反射镜)，其光谱性能测试结果表明，两种不同方法制备的器件均具有较好的光学特性。

为了推导多模光纤弯曲损耗与弯曲半径、环境温度的关系,采用了WKB法求解非均匀直光纤的传播模数,并将弯曲光纤的有效折射率、弯曲光纤截止传播常数和光纤的热光效应同时引入到非均匀直光纤有效传播模数中。利用多模光纤进行实验验证,研制出测温灵敏度为0.1/℃、测温范围为10℃~70℃的光纤温度传感器。结果表明,弯曲损耗随弯曲半径的增大而减小,随环境温度的升高而减小,可以利用弯曲损耗测量环境温度。