针对无掩膜光刻技术在进行大面积图形曝光时会出现曝光质量差, 精度低, 程序繁等问题, 该文提出了一种改善无掩膜光刻机图形质量的方法。通过设置“L”型定位标记将图形尺寸进行精确定位, 再通过单场图像格式重命名系统, 解决大面积图形切割过程中的乱序问题, 最后提出了一种寻找最佳曝光位置的方法, 以提高单场图形的曝光质量。该文提出了一种减小大面积图形拼接误差的方法, 以提高整体图形的拼接质量; 同时还提出了一种二次光刻的对准方法及对准误差校正方法, 该方法与已有的套刻方法有区别。通过实验进行验证和分析, 结果表明, 该方法能有效地提高大面积图形的曝光质量, x、y方向的拼接误差距离均缩小到1 μm内, 对准误差精度达到±0.3 μm。该研究为后续的光刻工艺及湿法腐蚀工艺奠定了理论基础。

参考面二阶项(离焦和像散)误差是导致拼接累积误差的主要因素,而参考面高阶误差会导致高频面形误差。分析由参考面误差二阶项和高阶项导致的拼接误差的规律。研究参考面误差导致任意两个子孔径拼接误差之间的关系。提出一种可以有效减小参考面高阶项误差对子孔径拼接结果影响的算法。该算法将拼接后的子孔径面形数据对应相减,分离出参考面高阶项误差的拼接误差。数据仿真和实验验证表明了该算法的正确性和有效性。

多子镜拼接的方法可实现大口径菲涅耳衍射透镜制作,但拼接误差会对光学系统的成像质量造成影响。通过衍射光线追迹和波前恢复的方法,正向得到了子镜沿自身x'轴倾斜、y'轴倾斜、z'轴平移等面外误差与对应波前误差Zernike系数的数据库。利用数据库基于反向传播神经网络优化算法反向建立波前误差Zernike系数与对应面外误差的非线性耦合映射模型,可实现通过输入Zernike系数完成对面外误差耦合扰动情况的快速求解,运用带有符号的数值判定面外误差的大小及方向。对该模型进行模拟数值计算,验证了该方法的精度及可靠性,为衍射拼接主镜的共面检测、装调提供理论依据。

设计了一种基于干涉检验法的复制拼接光栅测量光路。针对光栅复制拼接光路中入射光角度难以精确测量的问题，分析了光栅拼接实验中入射光角度对光栅拼接的影响。建立了光栅拼接误差模型，分析了五维拼接误差的容限要求。按照光栅复制拼接光路的要求，设计了一种干涉仪角度调节装置。根据误差模型和拼接光路分析了500 mm×500 mm大尺寸中阶梯光栅复制拼接光路中入射光角度误差与拼接误差的关系。 结果显示：入射光角度误差为1°，拼接光路中绕x轴，y轴的转动误差Δθx,Δθy和沿z轴的位移误差Δz的计算值与实际值之间分别相差0.002 1 μrad，0.003 3 μrad和0.348 2 nm时，引起波前差为2.590 1 nm。根据这一计算结果，给出了干涉仪角度调节装置的设计指标，即设置角度调节分度为0.1°时，可满足大尺寸光栅复制拼接要求。

考虑高精度子孔径拼接干涉测量技术对自动化拼接的要求, 提出了一种子孔径零条纹自动快速调节方法。分析了干涉条纹数量对拼接误差的影响, 分析显示: 当子孔径干涉条纹数量少于5条时, 干涉仪回程误差小于λ/50(PV值)。对子孔径拼接测量装置进行了结构优化, 提出了拼接位移台角位移偏差自动补偿方法, 实现了各个子孔径的零条纹测量, 进而控制了子孔径拼接的累积误差。对450 mm×60 mm长条镜进行了子孔径拼接干涉测量, 结果表明: 自动测量结果与手动调整零条纹测量结果在面形分布上更为一致; 但前者测量速度及测量效率都有所提高, 测量时间平均减少5 min。提出的方法不仅能完成干涉拼接测量装置的自动定位及自动快速调整, 还提高了测量重复性与检测效率。

光栅拼接法是目前制作大尺寸平面衍射光栅的重要方法之一，而拼接误差是评价拼接光栅是否能够使用的重要指标之一。实时定量测量拼接误差，能够实现对拼接误差的自动闭环调整，通过实时指导拼接提高光栅拼接的精度。建立了衍射波前与光栅拼接误差关系的数学模型，分析了干涉仪测量光栅拼接误差的原理，用ZYGO干涉仪实现拼接光栅0级及-1级衍射波前的数字化定量提取，分析并计算了拼接误差波前，得到五维拼接误差的数值解。利用拼接光栅-2级的衍射波前验证五维拼接误差结果的准确性，实验结果表明由0级、-1级、-2级拼接波前计算的拼接误差具有较好的一致性，为利用波前检测光栅拼接误差并实现自动化闭环调整提供了理论指导。

提出了一种可用于制作高反射率纯幅度取样光纤光栅的拼接技术方案，并对拼接误差和拼接次数对取样光栅光谱特性的影响进行了详细的理论分析和研究。理论分析结果表明，采用拼接技术可以获得良好的多波长取样光纤光栅反射谱，拼接误差对取样光栅反射谱的影响主要取决于拼接次数。在拼接三次时，可接受的拼接误差仅为±0.1μm；但在只拼接一次的情况下，拼接误差达±5μm时仍可获得良好的多波长反射谱。

拼接光栅技术是提高高功率激光器输出能量的一条可能途径，为保障高功率激光器光束时空光束质量，拼接光栅角度误差必须小于0.4 μrad，位移偏差小于20 nm。为了满足光栅拼接调整系统的高精度高稳定性要求，设计了光栅拼接旋转角度偏差检测方案用于测量两块相邻光栅之间的相对空间姿态。测量系统测量光束与压缩器主光束同轴，利用相移式干涉仪测量待测光，得到若干干涉图样，通过快速傅里叶变换还原波前得到相邻两块光栅相对空间角度偏差。通过实验验证了检测系统的理论可行性，目前在小口径光束下精度达到0.45 μrad。测量方案结合拼接光栅只需要测量波面倾斜误差的要求，简化了干涉测量光路及图像分析流程，有利于光栅拼接技术的工程化应用。

以由七片边长为0.5 m的正六边形子镜组成的拼接式大口径反射镜为例，理论分析和数值模拟各种拼接误差对成像质量的影响.利用傅里叶变换的特殊性质简化求解大反射镜的点扩散函数过程并推导各种误差下的解析表达式.采用快速傅里叶变换数值模拟边缘失配误差、平移误差及倾斜误差情况下的点扩散函数，并根据光学系统的成像原理模拟成像效果.结果表明，边缘失配误差对成像质量无影响，而平移误差影响较大，倾斜误差影响相对较小.

对结构光三维扫描检测系统的拼接技术进行了研究,建立了两个待拼接点云之间的对应关系,提出用继承与优化算法进行点云的精确拼接。阐述了算法原理,通过建模获取拼接过程中的旋转和平移参数,提出并分析了拼接的实现过程。采用光栅投射式三维扫描仪获取某型号汽车防雨板的6组点云数据,用提出的算法进行点云拼接,利用多分辨率层次精度分析法对拼接结果进行误差分析,并与最临近点迭代法在拼接精度、收敛速度和耗时上进行了比较。实验结果表明:继承与优化算法可实现海量无序点云的精确拼接,拼接的标准偏差<0.10 mm,两点云对拼接时间<2 s,所需迭代次数比ICP方法减少5次以上。