随着纳米加工工艺技术的不断发展,具有纳米结构的器件呈现出结构日益精细、功能日趋多样的技术特征,该技术特征要求纳米结构几何尺度的测试,不仅具有极高的空间分辨能力,而且能进行大尺度、高精度三维测量,并能适应纳米制造中一致性与批量化的迫切需求。研究具有高空间分辨力的光学检测方法和技术,已成为现代测量领域亟待研究的课题。本论文“超分辨径向偏振光瞳滤波差动共焦显微成像方法与技术”针对高空间分辨力光学检测的迫切需求,提出一种空间分辨力高并具有绝对零点的新型共焦成像方法,利用径向偏振光紧聚焦特性和光瞳滤波技术改善系统横向分辨力,利用差动共焦技术改善系统轴向分辨力,为实现高精度精密测量提供一种技术途径,可广泛应用于精密制造、测试计量和高精度成像等领域,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。研究内容源于国家重大科学仪器设备开发专项项目“激光差动共焦扫描成像与检测仪器研发及其应用研究”(2011YQ040136)、国家自然基金仪器专款项目“超分辨差动共焦显微镜的研制”(60927012),主要创新性工作如下:建立了基于矢量衍射理论的高数值孔径透镜成像径向偏振差动共焦显微成像技术的理论模型,建立了径向偏振差动共焦显微三维超分辨相干成像理论与模型,包括三维传递函数、三维点扩展函数模型的建立,为径向偏振光瞳滤波差动共焦显微技术的研究提供了理论与技术依据;提出了基于遗传算法的光瞳滤波器分析设计模型,对光瞳滤波器相位、半径等参数进行优化设计,制作了五区二元光学元件,对其超分辨特性进行了研究,分析了光瞳滤波器在制作过程中径向误差及刻蚀深度误差对系统成像的影响;提出了一种基于径向偏振光紧聚焦的光瞳滤波超分辨差动共焦测量方法,利用差动共焦探测技术来改善系统的轴向分辨力,将径向偏振光技术与光瞳滤波技术结合来改善系统横向分辨力。通过对光瞳参数和针孔轴向偏移量的理论分析,给出了光瞳滤波器处于最佳位置时针孔最佳偏移量,为径向偏振差动共焦传感器的设计提供理论基础;基于上述方法和优化设计的光瞳滤波器,设计研制了入射激光波长λ=632.8nm的径向偏振光瞳滤波共焦显微传感器和λ=405nm径向偏振光瞳滤波差动共焦显微传感器,并对其成像性能进行了实验验证;初步实验表明:当激光光源波长λ=632.8 nm,径向偏振光瞳滤波共焦显微成像系统比同等参数条件下的共焦显微成像系统横向分辨力提高了15.25%;激光光源波长λ=405nm,在表面形貌测量过程中,径向偏振光瞳滤波差动共焦显微成像系统的横向和轴向分辨力分别达到100nm和1nm,与具有相同结构参数的共焦显微系统相比,横向和轴向分辨力分别提高39%和3.7倍,适用于精细结构及表面轮廓测量。