准分子激光是以准分子气体作为激活介质而产生的激光。准分子激光属于紫外波段,具有波长短的特点,适用于高精度的微细加工。由于准分子激光器在激励时的放电特殊性,光束质量受到很大影响,光斑能量分布不均匀,输出光斑较大,影响了微加工的质量。文章分析了准分子激光微细加工方法的现状,对准分子激光均束装置及聚焦系统进行了研究,分别设计了一套柱面镜阵列均束系统及一套准直聚焦系统。本文基于准分子激光光束的特点,分析了波长为248nm的准分子激光光束能量分布情况,提出了三种利用zemax光学设计软件自带的光源模型来拟合准分子激光光源的方法。分别讨论了高斯光源模型、椭圆光源模型及二极管光源模型模拟准分子激光光源的方法及详细参数设定,并从光斑能量分布情况及光束发散角两方面检验模拟的准确性,最终得到了与准分子激光光源较为接近的模拟光源。该模拟方法为准分子激光光学元件的设计提供了便利,也为其他复杂光源的模拟提供了参考。深入分析了复眼整形阵列的研究背景和基本原理,利用光学软件zemax的仿真模拟优化能力,根据准分子激光光束自身的特点设计了柱面镜阵列整形均束装置。采用了序列模式与非序列模式混合建模的方式来完成光路的搭建,并通过插入模拟光源的方法对整形及均束效果进行了验证。分析了激光光束准直及聚焦理论,主要讨论了光学系统参数对聚焦光斑的影响。研究了现有经典光学结构所能达到的性能参数,选择双高斯结构为初始结构设计激光聚焦物镜,选择伽利略望远系统设计准直系统,并利用光学设计软件zemax进行优化。通过非序列模式下实际光源的模拟效果验证了所设计的准直聚焦镜头很好的消除了各种像差,能够达到100μm级的聚焦效果,提高了准分子直写加工的精度。