利用临界角法检焦具有分辨力高、损失光能小、结构简单、系统调试容易的特点设计了亚微米级检焦系统。介绍了临界角法离焦检测的基本原理，通过合理假设，利用菲涅尔公式和高斯光学公式得到了离焦误差信号的计算公式。实验采用单光路临界角法，利用HeNe激光器、临界角棱镜、四象限光电探测器、信号采样电路、数据采集卡等元器件组成离焦检测系统，实现离焦信号的提取；通过数字滤波、归一化处理等技术得到离焦误差信号（FES），以此获得FES的大小和变化趋势与离焦量的关系曲线。实验表明，临界角法探焦系统静态分辨力〈15nm、线性范围可达±4μm，满足亚微米级检焦系统的设计要求。