We numerically demonstrate that the tight focusing of Bessel beams can generate focal fields with an ultra-long depth of focus (DOF). The ultra-long focal field can be controlled by appropriately regulating the order of the Bessel function and the polarization. An optical needle and an optical dark channel with nearly 100λ DOF are generated. The optical needle has a DOF of ∼104.9λ and a super-diffraction-limited focal spot with the size of 0.19λ2. The dark channel has a full-width at half-maximum of ∼0.346λ and a DOF of ∼103.8λ. Furthermore, the oscillating focal field with an ultra-long DOF can be also generated by merely changing the order of the input Bessel beam. Our results are expected to contribute to potential applications in optical tweezers, atom guidance and capture, and laser processing.

刀具几何参数的精确测量是评估刀具性能的关键。针对复杂刀具几何参数难以测量的问题，基于聚焦深度法对其端面几何参数进行三维测量。首先，提出了一种适用于刀具端面序列图像的改进双阈值Tenengrad聚焦评价函数，通过局部像素分析确定了函数最佳计算窗口大小，在清晰度比率、陡峭度、清晰变化率、局部波动量评价指标下与常用聚焦函数进行了对比，验证了所提函数在计算刀具端面序列图像时更具有优势；其次，通过自适应sigmoid函数的图像增强算法实现了高对比度的刀具端面序列图像的获取，提升了三维测量效率，基于RANSCA算法对刀具后刀面点云表面进行平面拟合并提出了端面几何参数向量计算方法；最后，通过所构建的刀具测量系统对标准量块的阶梯深度进行了测量，误差为0.32%，并实现了刀具后刀面的三维形貌还原，进一步对主切削刃内、外刃顶角和直径参数进行测量。实验结果表明：顶角测量误差<0.3°，直径测量误差<3 μm，优于Tenengrad函数对应角度（<1.9°）及直径（<13 μm）测量结果，满足复杂刀具对角度（<0.5°）和直径（<10 μm）的测量精度要求。

传统的长焦深光束生成器件，诸如空间光调制器和正负透镜组合，存在光学元件尺寸较大、难以与微纳光学系统集成等问题，发展一种长焦深光束生成方法并制备一种结构简单、尺寸紧凑且成像质量良好的长焦深光束器件尤为重要。提出了一种利用连续立方相位板调制来产生长焦深光束的方法，通过飞秒激光直写技术制备了高尺寸精度（直径为108 μm，高1.1 μm）的相位板，实现了可调控的焦距长度（50~150 μm）和焦深（100~600 μm），并且对相位板进行光学测试，展示了其长聚焦能力和成像能力。该器件可用于高性能集成光学系统、微纳光学制造等领域。

Underwater optical wireless communication, which is useful for oceanography, environmental monitoring, and underwater surveillance, suffers the limit of the absorption attenuation and Mie–Rayleigh scattering of the lights. Here, Bessel-like beams generated by a fiber microaxicon is utilized for underwater wireless propagation. Underwater, the cone angle for generating Bessel-like beams starts from 46°, which is smaller than that in air for Bessel-like beams. When the cone angle of the fiber microaxicons is about 140°, the depth of focus underwater, which is four times as long as the depth of focus in air, has enlarged about 28 µm, 36.12 µm, and 50.7 µm for 470 nm, 520 nm, and 632 nm visible lights. The transmission distance of the Bessel beams for visible lights has been simulated by using Henyey–Greenstein–Rayleigh phase function methods and spectral absorption by bio-optical model due to Monte Carlo methods. The results show that the propagation distance could reach 4000 m, which overcome the limit of the Mie–Rayleigh scattering and absorption attenuation underwater.

基于自行设计搭建的远程激光诱导击穿光谱(LIBS)系统, 完成了远程LIBS的聚焦特性分析, 并对远程 LIBS技术应用于镍基高温合金成分分析的实验方法进行了研究。 该LIBS系统具备激光发射光路和信号采集光路同轴且独立变焦的特点, 通过自动聚焦, 可实现1~10 m的远程分析。 研究表明: 受激光聚焦焦深的影响, 等离子体光信号可探测范围随系统工作距离的增大而增大, 即系统对聚焦精确度的要求降低; 同时, 烧蚀斑点尺寸增大导致的功率密度减小及信号采集立体角的减小, 会使得谱线强度随工作距离的增大成四次方反比关系衰减。 分别使用无内标的标准曲线法和有内标的标准曲线法建立了GH4169镍基高温合金中Ni, Cr, Nb, Mo, Ti和Al六种元素的标准曲线, 有内标的标准曲线的拟合优度R²(0.999 7, 0.999 4, 0.998 7, 0.999 1, 0.998 1和0.999 7)明显优于无内标的标准曲线(0.953 2, 0.876 6, 0.897 4, 0.914 5, 0.938 4和0.991 6)。 对比了LIBS和X射线荧光光谱(XRF)两种分析技术, 对于常量元素Ni, Cr, Nb和Mo, 两种方法的相对标准偏差分别在1.74%~3.90%以及0.10%~0.52%, 相对误差分别在0.21%~0.92%以及0.64%~2.25%; 对于微量元素Ti和Al, 两种方法的相对标准偏差分别为5.58%, 4.15%以及2.39%, 5.64%, 相对误差分别为2.75%, 2.93%以及4.68%, 2.39%。 由于激光诱导等离子体的不稳定性、 烧蚀样品量少的特点, 远程LIBS方法的精密度稍逊于XRF方法, 但LIBS方法通过重复多次测量, 可以有效减小测量误差, 表明LIBS技术应用于镍基高温合金的远程在线分析具有一定的可行性。

随着大规模集成电路芯片制造的技术节点不断缩小，光刻机的聚焦控制变得尤为困难。为了保证硅片曝光的质量，需要快速、准确地将硅片在几十纳米的聚焦深度范围（DOF）内进行快速调整。因此，需要仔细分析光刻过程中导致焦点偏移或工艺窗口变化的各种因素，制定合理的聚焦控制预算，将各种误差因素控制在一定范围内。本文聚焦极紫外（EUV）光刻，综述包含EUV在内的先进光刻机中光路部分对聚焦控制有影响的各种因素，总结它们产生的原理及仿真、实验结果，为开展先进光刻聚焦控制预算研究提供参考。