为进一步增强加密或存储器件的实用性与安全性，设计并实现了一种多通道偏振复用的相变全息超表面，通过在多通道全息超表面设计中引入相变介质，实现了动态的可擦除功能。当耦合相变介质层处于非晶态时，所构造的编码超表面可以产生两个独立成像的全息通道。当相变介质变为晶态时，决定相位调控的交叉偏振被关闭，对应的相位编码“被擦除”。

超表面是一种可实现多功能超常电磁调控的超薄型二维阵列平面。它由超材料结构单元组成，可以灵活有效地操控电磁波的相位、极化方式、传播模式等特性，因而在可控智能表面、新型波导结构、电磁波吸收和小型谐振器件等方面展现了广阔的应用前景。本文介绍了超表面的基本概念和背景，同时总结论述了红外和太赫兹波段下，实现完美吸收表面、宽带吸收以及可调吸收等几种超表面器件的设计与发展思路，最后对其潜在问题以及未来趋势进行讨论。

干涉测量是众多科学与工程领域广泛采用的精密计量手段。探索了一种方便可控的基于双光栅衍射的叠栅干涉相敏测角方法，可直接用于接近式光刻过程中掩模衬底的倾斜矫正及面内角调节，便于微纳米器件及微光电子系统集成等相关应用。本方法旨在分别利用双光栅多次衍射产生的对称与相似级次，实现（m，-m）级叠栅干涉与（m，0）级叠栅干涉，产生相位与二者相对倾斜角、面内角有关的场分布。分析推导了叠栅干涉测角的基本原理，然后介绍相应的（m，-m）级与（m，0）级干涉测角方案设计。具体而言，二者均类似地根据条纹偏转及频率变化分别以离轴与同轴的方式监测倾斜及面内偏转角度。设计相应的组合光栅标记进行实验验证。实验结果及分析表明，倾斜角与面内角的调节精度分别可达10-3 rad及10-4 rad。

双光栅叠栅条纹对准方法具有精度高、可靠性强等特点，适用于接近接触式光刻。为了实现高精度测量，实际应用中要求掩模光栅标记与硅片光栅标记高度平行。掩模光栅标记在CCD中成像通常存在一定的倾斜角。由此，在已提出的相位斜率倾斜条纹标定方法上，提出了一种改进方法。该方法充分利用掩模光栅45°和135°两个方向的相位信息标定CCD的成像位置，以实现掩模光栅条纹的标定。对比两种方法分析表明，改进后的方法具有倾角测量范围大、抗噪性强、精度高等优点，理论极限精度优于0.001°量级。

针对接近接触式光刻技术的特点，提出了一种实用的反射式光刻对准方案。方案采用差动叠栅条纹对准技术，以叠栅条纹相位作为对准信号的载体。在掩模和硅片上分别设计两组位置相反、周期接近的光栅对准标记。电荷耦合器件(CCD)成像系统接收叠栅条纹图像，采用傅里叶变换提取叠栅条纹相位，得到掩模与硅片的相对位置关系。设计的标记可同时探测横纵方向的对准偏差。给出了合理的光路设计方案,详细分析了整个系统对准的内在机制，建立了可行的数学模型。研究表明，当对准偏差小于1 pixel时，最大误差低于0.002 pixel。与透射式光路对比，该方案更具有实用性，满足实际对准的要求。

在线光栅用于纳米光刻对准理论的基础上，为实现光栅方向的标定和掩模硅片对准，提出一种利用相位斜率消除角位移的新方法，并给出线光栅标记及其对准原理。在对准前，掩模对准标记和硅片对准标记存在角位移，重点讨论了此种情况下叠栅条纹的特性以及与光栅物理参数的关系，并给出了相应的计算公式。基于傅里叶频域分析法，对叠栅条纹频率成分与条纹的关系做了简要分析。利用提取叠栅条纹行列方向的一维相位，通过数据拟合，得出了相位斜率与角位移的内在关系，实现了条纹方向的标定。模拟实验结果表明，该方法简单可靠，可分辨的最小角位移低于0.02°。

针对光刻对准中双光栅产生的具有多频率的干涉条纹，提出了一种基于二维解析小波变换进行条纹分析的方法。该方法首先通过二维小波变换的多尺度对条纹的多频率进行分析，并通过解析小波基函数将条纹的幅度与相位进行分离，最终通过二维小波脊方法提取出与偏移量相关的相位。在相位提取的同时通过二维小波脊所处点的角度分布来移除封闭条纹处理中常见的相位符号不确定性。数值模拟与实验验证了该方法的可行性并与传统的基于频域的相位分析方法进行了对比分析。结果表明，该方法能在获得所需相位信息的同时较好地滤除掉由光路抖动引起的噪声，具有很强的适应性。

从莫尔条纹用于光刻对准的实际应用出发，从傅里叶光学的角度重点讨论了一般光栅及线光栅对莫尔条纹的调制规律，并对广泛应用的低频(1，-1)级莫尔条纹进行了仿真分析。最后通过仿真分析说明，在光刻对准中，对栅线重复频率相差很小的两光栅对准标记，将产生对位移具有高灵敏度特性的放大莫尔条纹，从而实现高精度光刻对准，并对采用该对准方法的光刻对准精度进行了简要分析。

光子筛作为一种新兴的纳米成像器件,具有分辨力高、体积小、重量轻、易复制等优点,被广泛地应用到纳米光刻、大型天文望远镜、航空航天摄像等领域。为了追求高分辨力,须将光子筛的小孔直径做得非常小,但当光子筛的小孔直径远小于入射光波波长时,标量衍射理论已不再成立,必须采用矢量衍射理论来进行光子筛的设计。利用矢量衍射理论建立了光子筛的衍射模型,并基于此模型进行了光子筛结构的设计与优化。为了考察模型的有效性,进行了数值模拟。数值模拟结果表明,基于矢量衍射模型设计的光子筛的聚焦性能良好;在近场区,标量衍射模型不再适用,而矢量衍射模型却能较好地满足设计要求。