考虑用CaF2材料制作投影光刻物镜可以明显提高其性能指标, 本文研究了CaF2材料加工工艺的全流程, 以实现CaF2材料的全频段高精度加工。首先, 利用沥青抛光膜和金刚石微粉使CaF2元件有较好的面形和表面质量。然后, 优化转速、抛光盘移动范围、压力等加工工艺参数, 并使用硅溶胶溶液抛光进一步降低CaF2元件的高频误差, 逐渐去除加工中产生的划痕并且获得极小中频误差(Zernike残差)和高频粗糙度。 最后, 在不改变CaF2元件高频误差的同时利用离子束加工精修元件面形。对100 mm口径氟化钙材料平面进行了加工和测试。结果表明: 其Zernike 37项拟合面形误差RMS值可达0.39 nm, Zernike残差RMS值为0.43 nm, 高频粗糙度均值为0.31 nm, 实现了对CaF2元件的亚纳米精度加工, 为研发高性能深紫外投影光刻物镜奠定了良好基础。

计算全息图(CGH)作为零位补偿器广泛应用于高精度非球面的检测中，但CGH的基底误差直接限制了非球面的检测精度。为了获得超高精度的CGH基底，提出了应用离子束修正CGH基底的加工工艺。采用不同束径的离子束去除函数对一边长152 mm(有效口径140 mm圆形区域)、厚635 mm的正方形熔石英CGH基底分别进行了精抛、精修和透射波前修正实验。经过总计7轮的迭代修正，最终获得了透射波前为PV值20779 nm、RMS值0685 nm的超高精度CGH基底。实验结果表明:应用离子束修正高精度CGH基底的加工工艺具有较大优势，不仅具有较高的加工效率而且可以获得超高的加工精度。

针对超薄光学元件在加工过程中因重力和磨头产生应力形变的特点, 提出了一种高效、先进的超薄光学元件综合加工方法。该方法综合运用了精密铣磨、精密抛光、离子束修形等先进技术进行面形控制。在铣磨阶段采用受力分析和误差补偿的方法降低了元件变形引入的面形误差; 在抛光阶段通过气囊抛光和沥青抛光的迭代实现了面形快速收敛; 在离子束加工阶段充分利用其非接触、无应力的加工特点实现了高精度面形修正。实验选择径厚比为34(边长152 mm, 厚度635 mm)的方形融石英材料进行加工实验。结果表明：在铣磨、抛光、修形阶段的各项指标都达到了精密光学元件的加工水平, 最终的面形精度为PV=25 nm, RMS=15 nm。该加工方法可以广泛应用于超薄光学元件的高精度加工。

为了验证离子束修正超高陡度镜面的能力，对采用五轴离子束加工超高陡度镜面的问题进行了分析研究和加工实验。根据现有检测条件制定了实验方案并对面形数据进行了处理；对超过机床五轴加工摆轴行程区域的驻留时间进行了补偿；建立了离子束五轴加工后置处理算法，根据该算法编制了数控程序生成软件，并通过实验验证了生成的数控程序的正确性；最后进行了超高陡度镜面的五轴离轴加工实验，经过5 轮迭代加工后，元件面形由初始的峰谷(PV)值为57.983 nm、均方根(RMS)值为9.406 nm，收敛PV 值为11.616 nm、RMS 值为1.306 nm，总收敛比达到7.20。实验结果表明：采用五轴离子束加工超高陡度镜面的方案可行，并且获得了较高的收敛效率和加工精度，同时验证了离子束离轴镜加工的可行性。

针对溶解氧浓度微量探测的现实需求, 提出了一种基于荧光猝灭原理、利用多孔光纤实现的溶解氧浓度测定新方法。该方法将钌联吡啶［Ru(dpp)3］Cl2掺杂的凝胶薄膜修饰在多孔光纤的内壁上, 制备了一种溶解氧测定探头并对其测试性能进行表征。光纤贯穿整个长度的孔洞结构既可以作为敏感膜的载体, 也可以作为待测物流过的通道和反应场所。与传统测试方法相比, 该测试探头的多孔道结构显著提高了比表面积, 指示剂可以与溶解氧直接反应, 提高了探头的敏感性并且具有微量探测的潜力。实验结果表明, 在0～20 mg/L的浓度范围内, Stern-Volmer曲线近似线性, 响应敏感度I0/I为3.6, 响应时间为200 ms。该测试方法在溶解氧微量探测领域具有重要用途。

为了获得超高精度面形的光学元件并验证离子束的修正能力，对应用离子束修正大面形误差光学元件的问题进行了实验研究。通过改变离子源光阑尺寸的方式获得了不同束径的离子束去除函数，并对一直径为101 mm、初始面形峰谷(PV)值为417.554 nm、均方根(RMS)值为104.743 nm的熔石英平面镜进行了离子束修形实验。利用10、5、2 mm光阑离子源的组合，进行了12次迭代修形，最终获得了PV值为10.843 nm、RMS值为0.872 nm的超高精度表面。实验结果表明，应用离子束可以对大面形误差光学元件进行修正，并且利用更大和更小束径离子束去除函数的组合进行优化，可以进一步提升加工效率和精度。

为实现 193 nm投影物镜光学元件的超光滑加工，介绍了一种非接触式微射流超光滑表面加工方法，对该方法的材料去除特性和超光滑加工效果进行研究。首先，采用计算流体动力学理论对其材料去除机理进行了仿真研究，通过对微射流流场的压力、速度和表面剪切力的分析得到其去除函数形状与表面剪切力的分布相反，呈现 W型。随后，采用正交法对各工艺参数对抛光效果的影响进行了综合分析，结果表明材料去除效率随入射速度和磨料浓度的增大而增大，随工作距离增大而减小，并且工作距离具有显著影响，为实验研究中工艺参数的选取提供了指导意义。最后，在自研的微射流抛光机床上对一平面熔石英进行了抛光实验，加工样件表面粗糙度均方根值由初始的 1.02 nm降为 0.56 nm。实验结果表明，微射流抛光技术可以用于光学元件的超光滑加工。

为实现高精度光学元件的面形修正，介绍了计算机控制光学加工技术的基本理论，通过实验法对其去除函数进行了提取，采用迭代法对驻留时间进行了求解，并采用邻域平均值法对边缘数据进行了平滑延拓。以一口径100mm的光学元件面形为例进行了模拟加工，得到了其驻留时间分布和加工后面形，加工1843.3min后其面形由初始的PV值243.132nm、rms值53.154nm降为PV值21nm、rms值1.6nm，面形精度改善明显。结果表明：所得去除函数可以用于高精度面形修正，但加工效率仍需提高，所用驻留时间求解方法精度较高，并且经平滑延拓后边缘效应得到有效控制，为后续的实际高精度面形修正提供了理论依据。

采用Fluent软件对射流抛光材料去除机理进行了流体动力学仿真研究，通过对射流流场压力、速度和工件表面剪切力的分析可知材料去除量应与表面剪切力的分布相对应，去除函数呈现W型；随后采用正交法对入射速度、工作距离和磨料浓度等工艺参数对抛光效果的影响进行了综合分析，结果表明：去除效率随入射速度和磨料浓度的增大而增大，随工作距离增大而减小，并且工作距离对去除率具有显著影响，为实验研究中工艺参数的选取提供了一定的指导意义。

超光滑表面在现代光学领域的应用愈来愈广泛，相应的超光滑表面加工技术也就成为超精密加工技术的重要组成部分。介绍了超光滑表面的特点，对其加工技术进行了分类比较，认为非接触式加工方式是获得超光滑表面的理想方法。对国内外现有超光滑表面加工技术的发展进行了归纳总结，详细阐述了各种技术的加工原理、加工精度及应用范围等。指出了国内超光滑表面加工技术与国际先进水平相比存在的差距，并分析了超光滑表面加工技术的发展趋势。