CaF2晶体是一种重要的光学材料,具有优异的光学以及物理性能,可作为真空紫外到红外波段的窗口材料。特别在紫外光刻领域,CaF2晶体以透过率高、激光损伤阈值高等特性成为光刻机物镜系统中的首选透镜材料。但随着紫外光刻技术的发展,对CaF2晶体的应力双折射、透过率等性能都提出了更为苛刻的要求:应力双折射要求小于1 nm/cm,透过率需超过99.8%/cm@193nm。然而目前晶体中存在的大量位错会引起局部应力集中,加剧应力双折射,严重影响晶体的实际应用。因此要实现CaF2晶体在光刻机中的应用发展,对晶体位错的形成与演变机理、精确表征与抑制是必须解决的关键基础问题。本文研究工作围绕CaF2晶体的位错特性展开,重点开展了CaF2晶体{111}晶面腐蚀坑的形貌特征和空间延伸特性、位错的结构以及形成机理研究。在掌握位错缺陷精准表征以及形成原理的基础上,研究位错在热处理过程中的变化,找到了能有效降低位错缺陷的热处理工艺条件,具体研究内容如下:（1）研究了CaF2晶体位错密度的精确表征技术。针对利用腐蚀坑密度来衡量位错密度不全面性的问题,开展了CaF2晶体{111}晶面腐蚀坑的动态演变行为与运动学特性研究。同时基于腐蚀坑的运动学特征,建立了CaF2晶体{111}晶面腐蚀坑的运动学模型,较为完整的揭示了腐蚀坑动态演变过程。通过对晶面开展化学腐蚀实验,发现晶面中的三角锥形坑和锥形-平底坑均有空间延伸特性,腐蚀坑起源于晶体中的位错;而平底坑未观测到具有空间延伸特性,是缺陷被完全腐蚀后留下的尸体残余。这表明晶面腐蚀坑不完全起源于晶体中的位错,提出要实现晶体位错密度的精确表征,在计算腐蚀坑密度时需排除对平底坑进行统计的这一位错密度评价技术。（2）研究了CaF2晶体的位错特性以及形成机理。针对当前CaF2晶体的位错结构认识不清楚以及位错形成机理研究不透彻的问题,采用了透射电子显微镜（TEM）对晶体位错进行系统的微观尺度分析。结果发现晶体中存在大量位错线,具有环状和网状两种形态,其中环状的位错线（位错环）,其尺寸为几纳米到几百纳米之间,且存在离散型无规则排列和线性规则排列两种形式。利用透射电镜明暗场像以及电子衍射对位错环进行表征发现,其柏氏矢量方向为＜110＞,线性规则排列的位错环方向沿着晶体滑移方向＜110＞。结合位错环形成的形貌、特定排列方向以及晶体生长特性,推测位错环形成的原理为由晶体生长中产生空位扩散聚集后坍塌形成,出现线形排列为热应力过大造成位错环沿＜110＞方向滑移产生。（3）研究了CaF2晶体的位错抑制技术和工艺方法。基于CaF2晶体位错的形成机理,系统研究不同退火温度对于CaF2晶体位错以及X-ray双晶半峰宽、应力双折射的影响。研究发现当退火温度由1000℃升高到1120℃时,晶体的位错密度显著降低,由10~5dis/cm~2降低到10~4dis/cm~2;同时晶体中的应力双折射可降低到低于1 nm/cm,应力双折射降低率达到53.33%,晶体的半峰宽由79.6"降低到44",可以显著提高晶体的光学性能以及结晶性能。