在测量仪器中使用哈特曼.夏克传感器作为波前传感器，已经在许多领域得到了广泛的应用。实际测量时，需要对哈特曼-夏克传感器进行标定，为了提高测量精度，采用针孔矢量衍射产生球面参考波前绝对标定传感器。球面参考波前的质量直接决定了哈特曼-夏克传感器的标定精度，因此本文针对纳米级针孔的矢量衍射进行了较为深入的理论研究，并展开了数值仿真与实验验证。在此基础上，对针孔精密定位机构进行了分析、设计与研究。　　首先，本文基于矢量衍射理论，采用时域有限差分方法首次针对紫外光波长λ＝193nm的会聚高斯光束入射到纳米级针孔上的矢量衍射进行建模仿真。根据入射光束的数值孔径和衍射波前的数值孔径的不同取值，分析了衍射波前的波前误差Peak-Valley(P-V)值分布、波前像差成份、能量透过率、强度均匀性以及针孔定位误差对衍射波前误差的影响。数值仿真结果表明，当入射光束与衍射波前的数值孔径同为0.6时，要满足衍射波前误差P-V值优于0.005λ，针孔制作参数以膜层厚度200nm，直径180nm，膜层材料铬为宜，同时给出了针孔精密定位机构的技术指标为X和Y轴定位误差小于±5nm，Z轴定位误差小于±120nm，针孔倾斜角误差小于±1°。　　其次，采用与入射紫外光波长λ=193nm相同的建模技术及过程，针对针孔在可见光波长λ=632.8nm的矢量衍射进行建模与数值仿真，主要分析了衍射波前的强度均匀性，并搭建可见光波的光强实验平台，实验结果表明实验数据与仿真数据基本吻合，首次验证了针孔矢量衍射模型的正确性。　　在针孔矢量衍射数值分析的基础上，为了保证球面参考波前质量，需要控制针孔上表面中心与入射会聚高斯光束光轴的对准误差。因此本文研究与设计了针孔精密定位机构的总体结构，并利用LABVIEW与MATLAB混合编程的方式构建了针孔精密定位机构的测控平台。　　然后，针对针孔精密定位机构中压电陶瓷驱动器的迟滞非线性的数学模型进行了研究，并提出一种基于改进的Prandtl=Ishilinskii(PI)迟滞模型对驱动器的迟滞曲线进行辨识与拟合，求解了改进的PI迟滞逆模型。以此为基础，在测控平台上开展针孔精密定位机构开环控制的定位与动态跟踪实验，实验结果表明开环控制不能满足精密定位机构的定位精度要求。　　最后，为了提高定位精度满足针孔精密定位机构的设计要求，采用闭环控制技术。对传统PID控制算法、模糊控制算法、基于改进的PI迟滞逆模型前馈的PID复合控制算法和基于改进的PI迟滞逆模型前馈的模糊复合控制算法进行研究与控制器的设计，并在测控平台上开展上述四种控制算法的定位、动态跟踪性能的实验。实验结果表明，四种控制算法的定位精度均能满足针孔精密定位机构的设计要求，并且复合控制算法的定位与动态跟踪性能都得到了提高，其中基于改进的PI迟滞逆模型前馈的模糊复合控制算法最优。　　通过对纳米级针孔矢量衍射及其精密定位技术的研究，本文在针孔矢量衍射上做了大量的数值仿真和实验验证工作，对球面参考波前标定哈特曼.夏克传感器具有重要的指导意义。同时，在针孔精密定位机构研究上，为精密定位技术的应用积累了大量的理论基础和应用经验。