摘要：在保证光学元件极高面形精度和极高调节精度的同时，为了实现更大的调节行程，采用柔性环片结构，设计了一种光学元件轴向精密调节机构。建立了调节机构的有限元分析模型，分析了主要设计参数对调节机构的调节行程、应力值、固有频率、光学元件上下表面面形均方根（RMS）值等性能指标的影响。结果表明：轴向调节机构可实现299.2 μm的调节行程，且机构的最大应力值为141.3 MPa，固有频率值为95.3 Hz，光学元件上下表面的面形RMS值在1.3 nm以内，满足光刻投影物镜对轴向调节光学元件的使用需求。

摘要：为了实现曝光工作过程中深紫外投影光刻物镜的动态稳定性,设计了一种能够消除温度和应变影响的光学元件运动学支撑结构,研究了如何利用该支撑结构消除温度变化和外界应变对光学元件面形的影响。首先,计算单个支座的径向柔度,并与有限元分析结果进行比较。然后,分析在不同温度载荷和外界应变工况下光学元件上、下表面面形的变化,并与三点胶粘固定支撑方式下的结果进行了比较。计算结果表明:通过理论公式推导的支座径向柔度与仿真结果的误差绝对值小于2.2%;温度升高0.1℃时光学元件上下表面面形RMS值小于0.36 nm;平面度公差5μm时面形RMS值小于0.05 nm。与三点胶粘固定方式相比,运动学支撑方式能够有效消除温度变化和外界应变对光学元件表面面形的影响。

摘要：根据高精度投影光刻物镜的特点,提出了一种运动学支撑结构,并采用实验结合有限元分析的方法研究了该支撑结构引起的透镜光学表面变形以及重复装配过程中透镜光学表面面形的复现性。首先,介绍了运动学支撑结构的原理及镜面变形分析的方法。然后,应用Zernike多项式拟合实测和有限元分析得到的面形,并用两种方法对运动学支撑结构夹持力引起的透镜光学表面面形进行对比,以验证有限元分析模型的正确性。同时,分析了考虑重力情况下运动学支撑结构导致的透镜光学表面变形。最后,用实验的方法测量了运动学支撑结构在重复装配过程中透镜光学表面面形的复现性。实验和分析结果显示,由运动学支撑结构夹持力引起的透镜光学表面面形均方根(RMS)值的实测值为1.004nm,分析值为0.974nm,夹持力及重力综合作用下导致的透镜表面Fringe Zernike拟合面形RMS值为2.538nm,产生的主要像差为离焦、初级三叶像差和二级三叶像差,重复装配过程中引起的透镜光学表面面形的复现性标准差为0.645nm。得到的结果表明,所设计的运动学支撑结构能够保证透镜光学表面面形在重复装配过程中有良好的复现性。

摘要：为了使光学元件轴向调整机构满足调整行程大、调整精度高、结构紧凑和装调容易等要求，设计了一种一体化结构的光学元件轴向调整机构。结合有限元分析技术，建立了该型机构的参数化模型，并分析了主要设计参数对调整机构的调整行程、一阶固有频率和最大应力值等主要技术指标的影响。分结果表明，调整机构可以实现光学元件的精密轴向调整；柔性转轴片厚度和宽度分别为1mm和0．8mm，柔性导向片的厚度和长度分别为0．6mm和20mm，调整机构的调整量为67．45μm，一阶固有频率为119．1Hz，且机构的最大应力值小于材料的屈服极限。满足光学元件轴向调整机构的设计要求。

摘要：针对光学精密工程中位移检测问题,研制了一种电容式位移传感器线性度标定装置。阐明了标定装置的组成和标定方法的原理,该装置采用运动轴、测量轴和传感轴三轴共线的设计方案,从测量原理上降低了阿贝误差。基于伪刚体模型和拉格朗日方程建立了机构位移、刚度、强度和固有频率的理论模型,为机构优化设计提供理论依据。计算和仿真结果表明理论模型和有限元分析误差分别为3.764%、3.908%、14.842%和2.666%。试验结果表明行程测试值与理论值、有限元计算值的误差分别为9.254%和13.524%,刚度测试值与理论值、有限元计算值的误差分别为8.472%和11.914%。标定后传感器测试线性度由0.057 48%提高至0.004 39%,测试精度改善明显,能够满足光学精密位移测试需求。表明所搭建的标定装置有效,且建立的机构理论模型和分析方法可信。

摘要：设计了一种电容位移传感器在线标定平台,用于位移的高精度调节和检测。该平台的运动对称中心轴、测量光路的对称中心轴和传感器的传感轴共轴,故从测量原理上减小了阿贝误差。标定平台具有z/tip/tilt调节功能,保证了传感器的传感面和被测面板的被测面之间的装调对准。介绍了标定平台的组成和标定方法的原理,采用对称平行四边形机构实现了微位移调节,基于柔度矩阵法(CMM)分析了导向机构的输出柔度和行程。试验测得动平台行程为735.162μm,和有限元法(FEM)、CMM计算结果的误差分别为7.410%和4.633%,满足行程误差要求。经过标定补偿后,传感器的线性度由0.014 21%提高至0.006 231%。实验结果显示,该线性度标定方法精度高,标定后的传感器满足位移精密调节机构使用要求。

摘要：为了进行光刻物镜恒温水套先期设计分析,采用相似性原理设计了一个恒温水套的小比例模型实验,并采用数值仿真的办法,证明了该小比例模型实验设计方法的正确性。首先根据恒温水套的结构形式给出了传热控制方程。接着对各控制方程进行分析,得出了稳定传热情况下模型实验设计的相似准则。然后根据相似准则设计了一个光刻物镜恒温水套的1:4小比例模型。最后通过数值仿真分析了1:4小比例模型及原型上的热场分布,计算结果表明它们之间的热场分布具有相似性。结论表明:在进行光刻物镜恒温水套小比例模型的稳定传热实验设计时,需要满足几何相似、雷诺数相似、普朗特数相似、毕奥数相似及边界条件相似。

摘要：采用有限元方法对高精度物镜波纹管致动器的几何非线性变形进行了分析,并引入线性度对波纹管致动器的性能进行了评估.通过有限元方法分析了常见的U型、S型、C型、方型及三角型波纹管的几何非线性变形,并结合最小二乘法,得到了上述各种波纹管致动器的行程及线性度.计算结果表明:在设计大行程波纹管致动器时,S型波纹管的线性度最好,为0.161%;而在设计小行程波纹管致动器时,三角形波纹管的线性度最好,为0.135%.

摘要：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450min,而热像差中一阶像散(标准Zernike Z4)的稳态时间小于48min,一阶四叶(标准Zernike Z11)的稳态时间小于9min,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。

摘要：激光散斑位移测量法是一种重要的现代光学位移测量方法,由于受到图像传感器元件感光性能限制,难以在强干扰光条件下获得有效散斑场信息,进而无法获取位移场数据,因此,基于单像素成像技术,本文提出一种新的激光散斑位移测量方法:对散斑信息进行图案编码调制,并使用单像素探测器采集调制后的光强信息;利用Walsh-Hadamard Transformation(WHT)成像算法对散斑场图像进行重建;最后结合自相关算法确定物体的位移场信息。分别利用商业相机和单像素成像技术对散射介质的单轴微小位移进行测量,结果表明基于单像素成像技术的激光散斑位移测量技术可以获得较好的测量结果。相比于传统测量方法,基于单像素成像技术的激光散斑位移测量方法在复杂环境中具有一定的优势,可实现强光干扰下的位移场测量。