一、研究成果获国际金奖
2015年4月15日至19日，机械科学与工程学院、数字制造装备与技术国家重点实验室刘世元教授携研究成果“高精度宽光谱穆勒矩阵椭偏仪及纳米结构无损测量方法”，参加在瑞士日内瓦举行的第43届国际发明展览会，荣获发明金奖。
近年来，在国家自然科学基金重大研究计划、首批国家重大科学仪器设备开发专项等项目支持下，刘世元教授领导的纳米光学测量研究团队针对现有纳米结构测量手段速度慢、成本高、具有破坏性、难以集成到工艺线等问题，在纳米结构椭偏散射测量理论、方法及仪器等方面展开了系统深入的研究，为大批量纳米制造过程的非破坏性、在线、快速、精确测量开辟了全新的途径。
二、成果概况
纳米结构椭偏散射测量基本原理，是通过将偏振光投射到待测结构表面，获得偏振光在反射前后的偏振态变化信息，进而通过求解逆散射问题，准确重构出待测结构叁维形貌。刘世元教授项目研究的创新主要体现在仪器研制、测量理论与方法与纳米结构测量应用等叁个方面。
研制出国内第一台高精度宽光谱穆勒矩阵椭偏仪，可一次性测量44阶全穆勒矩阵元素，发明了宽光谱光源、消色差补偿器等核心部件，解决了双旋转补偿器同步控制、仪器系统精密校准等关键技术难题。中国计量科学研究院出具的测试报告显示，仪器各项性能指标均达到国际先进水平，其中重复性测量指标达到目前国际最高水平。
在国际上提出计算测量创新思想，构建了完整的计算测量概念体系与理论框架； 提出修正等效介质近似理论，大幅提升了纳米结构光学特性高精度建模计算效率；建立了纳米结构椭偏散射测量逆问题求解中的误差传播模型，揭示了其误差传播机理，构建了测量条件优化配置策略，极大提高了测量精度。首次考虑光谱非正态误差对逆问题求解的影响，提出鲁棒统计学逆求算法，显著提高了测量准确度。
国际上第一次发现纳米压印光栅退偏现象，揭示了其产生机理，通过考虑退偏效应，实现了残胶厚度不均匀性直接测量；首次通过清晰的理论与实验，展示了穆勒矩阵椭偏仪在非对称性纳米结构测量中的优势；通过揭示刻蚀各向异性对光学建模的影响，结合鲁棒重构方法，实现了高深宽比多层深刻蚀结构准确测量。
该项目研究成果发表在Applied Physics Letters等国际权威期刊，共发表SCI论文42篇，引起国内外学者广泛关注，产生了重要的学术影响。仪器核心技术具有完全自主知识产权，共申请国际国内发明专利36件。仪器工程样机已在国际国内十余家单位投入示范应用，显著提高了公司新产物研发效率。
叁、刘世元教授团队
纳米制造是指产物特征尺寸为纳米量级的制造技术，是连接纳米科学基础研究与纳米技术应用产物之间的重要桥梁。为使纳米科技产生更为广泛的社会影响并使人们日常生活从中真正受益，基于纳米科技的产物制造必须满足可靠性、可重复性、经济性以及商业可行性等多方面的要求，而纳米测量技术及仪器正是实现纳米制造的关键。
在刘世元教授带领下，纳米光学测量研究组依托于武汉光电国家实验室（筹）和数字制造装备与技术国家重点实验室致力于纳米测量相关的理论方法研究及仪器设备开发，特别是探索非接触、无损、高效的测量技术，旨在实现纳米制造工艺的可操纵性、可预测性、可重复性和可扩展性。目前已形成了以刘世元教授为学术带头人，以江浩副教授、张传维副教授和陈修国博士等青年教师为骨干的高水平研究团队，并在2015年获得湖北省自然科学基金“纳米光学测量技术与仪器创新群体”资助。
据了解，纳米光学测量研究组目前重点研究但也不局限于光学方法，如光谱反射测量技术、光谱椭偏测量技术以及惭耻别濒濒别谤矩阵偏振测量技术，以实现对纳米结构关键尺寸、套刻、侧墙角、线边粗糙度、线宽粗糙度、全叁维形貌的测量与表征。研究组目前也同时研究光学光刻中的若干基础理论与关键技术问题，包括部分相干成像理论、叁维掩模建模、光学临近校正、光源掩模优化、逆光刻技术、调焦调平传感器、偏振像差建模与检测、波像差检测等。
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