为了进一步提高直角坐标激光的直写效率, 提出了一种扫描工作台各速度段进行激光直写二元图案的方法。该方法用扫描工作台的位置反馈脉冲同步触发激光束曝光光刻胶, 实现像素点的理想位置曝光; 而且依据扫描工作台的运动特性和匀速直写时各像素点获得的曝光量情况, 对处于扫描工作台加、减速度段的像素点的曝光强度进行调制, 保证需要曝光的像素点对应的每一个位移分辨力距离上所获的曝光量与扫描工作台匀速运动时相同, 从而保证扫描工作台速度连续变化的情况下激光直写能获得预期的曝光效果。仿真实验表明：以5 mm×5 mm曝光图案为例, 该方法所需的直写时间是传统只在匀速段直写的77.77%; 同时配备的声光调制器由16位降为12位时, 扫描工作台整个加速段直写产生的曝光量相对误差由04%上升为10%。

针对已开发的精密直线气浮工作台, 设计了腹底式被动结构的阻尼器以解决静压气浮导轨传动阻尼小, 抗干扰能力差等问题。设计的阻尼器由固定于气浮滑套下端面的阻尼片以及处于阻尼片正下方的阻尼油槽和阻尼油组成。通过实验获取了阻尼器的阻尼系数, 继而建立了气浮工作台机电控制模型。仿真分析了阻尼器对工作台气浮噪声和动态特性的影响规律：随着阻尼的增大, 气浮工作台的稳定裕度和衰减噪声的能力增加, 但动态响应速度降低。实验表明, 实验结果与所推导的气浮工作台特性一致, 且增加阻尼系数为293.78 N/m·s-1的阻尼器后, 气浮工作台的定位噪声由60 nm(峰峰值)降为20 nm(峰峰值), 位移灵敏度为20 nm, 实验验证了采用此种结构的阻尼器可有效抑制精密气浮工作台定位噪声。

为了有效校正激光直写中的邻近效应，提出了声光调制器低分辨力时邻近效应的校正方法。该方法首先利用误差校正迭代方法以虚拟的高分辨力声光调制器对直写图案进行校正，再将此时的曝光量数据转换圆整以适用于低分辨力声光调制器，然后对各误差区域重心的最邻近光点在曝光数据调制范围内以曝光当量为步长进行遍历寻优。该方法可有效克服误差校正迭代方法不能以低分辨力声光调制器校正直写图案以及寻优不彻底的缺点。实验表明，以“ L”直写图案为例，本文方法使低分辨力声光调制器时的图案误差相对于原始误差减小了 70.88%。

为了进一步校正激光直写中的邻近效应，对误差校正迭代方法进行了完善。用虚拟的高分辨力声光调制器对直写图案进行校正，然后将曝光量数据转换圆整为低分辨力声光调制器对应的曝光量数据，消除了低分辨力声光调制器校正直写图案时出现的退化现象；调制各误差区域重心最邻近光点的曝光量，以整体图案误差最小为判断标准进行串行寻优，解决了当被调制光点附近的图案正、负误差个数相等时无法进一步校正的问题。以无心方框图为例进行的仿真实验表明，使用低分辨力声光调制器时，改进的误差校正迭代方法能用于校正邻近效应，校正后图案误差相对原始误差减小了91.78%；使用高分辨力声光调制器时，图案误差相对原始误差减小了92.32%，继续应用本文方法校正后，图案误差相对原始误差可又减小1%。

为了进一步提高光学元件的线条制作精度,建立了极坐标激光直写时线条中心径向漂移的补偿模型。首先推导了极坐标激光直写的曝光量分布模型,分析了径向漂移产生的原因,然后针对数值孔径为0.5的光刻物镜建立了线条展宽模型和径向漂移模型,并分析了线条展宽和径向漂移的耦合关系,在此基础上分别建立了线条展宽补偿模型和径向漂移补偿模型。仿真结果表明,补偿前的径向漂移量是线条展宽量的3倍,对径向漂移进行补偿可以很好地减小系统原理误差,提高极坐标激光直写的制作精度。

在兼顾胶层的光吸收特性、直写光束的高斯分布特征以及直写光束与胶层相对运动的情况下,建立了直角坐标激光直写的动态曝光模型以有效预测线条的线宽和侧壁角。仿真实验表明:以恒值高斯光强曝光时,该模型与等效仿真条件下的Dill 曝光模型仿真结果完全一致,进一步证明了该模型的有效性和正确性,解决了目前在激光直写中存在的只能预测线宽或在忽略光刻胶吸收作用的情况下粗略估计直写线条轮廓的问题。同时,基于该模型分别分析了直写光功率和直写速度对线条轮廓的影响机理,为优化激光直写工艺的加工参量提供了一种有效的分析途径。

为了提高激光直写加工衍射光学元件时的线条质量,提出一种离焦激光直写的线宽稳定方法。该方法通过同时调节激光功率和离焦量,使光刻胶的曝光阈值处于线宽对曝光量的变化率较小位置,从而可以弱化线宽对实际曝光量或光刻胶阈值等变化的敏感度,提高利用离焦方法进行衍射光学元件制作时的线宽稳定性。推导了稳定线宽后的光功率控制模型和线宽模型,模型中的变量仅为离焦量,降低了光功率控制的复杂性。利用632.8 nm的He-Ne激光和NA=0.1的物镜在CCD上对采用该方法后的离焦线宽模型进行验证,实验结果与理论模型吻合较好。该方法对于线宽稳定度较高的衍射光学元件制作具有重要价值。

提出了一种S曲线光强控制模型的参数优化方法.在分析S曲线光强控制模型的参数变化对线条闭合质量影响的基础上,以对接区域曝光量分布曲线恰好存在一个极值点时为最优,确定出光强控制模型中的圆弧弧度θ和曲率半径R的函数关系.基于该优化方法的对接区域长度由θ唯一确定,且当θ较小时,其仅为斜线段光强控制方法确定的对接长度的2倍.实验结果与理论分析吻合,表明该优化方法进一步增加了对接区域曝光量分布的有效过渡长度,减缓了曝光量在路径方向上的变化速率,从而在保证直写效率的同时提高了线条对接质量.