为提高图形化干涉光刻质量，提出了基于闪耀光栅的图形化干涉光刻（PIIL）系统， 并对该系统所采用的光学原理和实现方法进行了研究。首先，分析了图形化干涉光刻系统的光场特性，阐述了其分辨率提升的原理。讨论了光学系统带宽和图案分布对光刻图形质量的影响，给出了图形质量控制的工艺方法。其次，提出了一种新型的图形化干涉光刻方法，该方法采用闪耀光栅作为衍射分光器件，实现了位相和振幅的一体化调制。采用数值计算方法模拟了闪耀光栅的衍射特性和像面光场分布，讨论了闪耀光栅的优化设计方法，获得了高达92.3%的±1级衍射效率。最后，基于数字微镜器件（DMD）和微缩成像光路设计开发了图形化干涉光刻系统，实验获得了像素化的点阵图形和质量明显改善的光刻图像，验证了该方法对任意图形的适用性。

为了降低光学表面的菲涅耳反射，提出了一种制备仿生减反结构的方法.利用银镜反应并结合退火处理在硬性材质基底表面制备银纳米粒子，经反应离子刻蚀工艺，在基底表面形成一层纳米蛾眼减反结构.分析了周期分布和随机分布纳米蛾眼的光学特性，实验研究了退火参量和刻蚀参量对银纳米颗粒直径、密度以及高度的影响，并在硅和石英基底上分别制备了随机减反结构.测试结果表明：硅基平均反射率小于4.5%，双面石英基透过率达98.1%.理论和实验均表明：随机分布的纳米仿生蛾眼结构具有宽光谱、广视角和高减反特性，所提出的制备方法具有简便易行、低成本、大幅面等优点，在光电器件中具有良好的潜在应用前景.

数字微镜器件(DMD)的能量利用率对于提高无掩膜激光直写系统的效率十分重要。对DMD在相干光照明下的相位调制特性进行数值和实验分析，发现同种型号DMD在出射0级光垂直于微镜表面角度入射情况下的衍射图样，其光能量分布各不相同，有0级光强占总光强27.2%的情况，也有零0级光强占总光强13.1%的情况，理论计算表明，DMD的微镜偏转角存在±1°的误差可以使DMD衍射0级的衍射效率在极大和极小之间变化。这一结论对于选择高能量利用效率的DMD有重要参考价值。

提出了一种基于空间光调制器的并行光刻制备微透镜阵列的技术。采用数字微反射镜器件输入光刻图形，结合热回流技术，制作任意结构和排布的微透镜阵列。无限远校正显微微缩光学系统的长焦深保证了深纹光刻的实现，热回流法提供了良好的表面光滑度。与传统逐层并行光刻和掩模曝光技术相比，提出的技术方案更加便捷灵活，特别适合制作特征尺寸在数微米至百微米的微透镜阵列器件。得到的微透镜阵列模版经过电铸转移为金属模具，利用紫外卷对卷纳米压印技术在柔性基底上制备微透镜阵列器件，在超薄液晶显示、有机发光二极管(OLED)照明等领域有广泛应用。

提出了一种基于一维亚波长金属光栅结构的具有偏振片和彩色滤光片功能的偏振型彩色滤光片。该金属光栅由基底、介质光栅层介质层和金属光栅层等三部分组成。采用严格耦合波理论分析了介质光栅层介质层和金属光栅层对光谱特性的影响，模拟结果表明高折射率介质层介质光栅层的存在，能有效提高彩色滤光片的性能。给出三色彩色滤光片优化的结构参数，获得同时具有透射率大于72.6%的宽带滤波和偏振消光比大于40 dB的光谱输出。其中红色滤光片的中心波长650 nm，透射率极值72.60%；绿色滤光片的中心波长550 nm，透射率极值79.86%；蓝色滤光片的中心波长445 nm，透射率极值77.00%。通过循环利用TE偏振光，其透射率极大值可提高至117.8%。

研究了一维亚波长光栅结构彩色滤光片在可见光波段的透射光谱特性。该彩色滤光片由柔性透明基底、介质光栅和金属光栅构成。利用严格耦合波分析法(RCWA)模拟了占空比、介质光栅的厚度、金属光栅的厚度和周期等结构参数对彩色滤光片的透射光谱特性的影响，并在此基础上优化结构参数，设计出一种宽带宽、高透射效率且易于加工的彩色滤光片。该彩色滤光片带宽为85~100 nm，色纯度好；具有高达95%的偏振（TM）光透射效率；只需改变光栅的周期，就可获得针对R，G，B三色的透射光谱，降低了加工彩色滤光片的难度。与其他应用于彩色滤光片的光栅结构相比，所设计的彩色滤光片的中心光谱透射效率提高了12%，且减少了三色输出光谱之间的重叠区域，从而提高了彩色滤光片的色度性能，适合作为液晶平板显示中的滤光器件。

提出了一种新型的层叠微透镜阵列光扩散片。在入射侧具有大口径低数值孔径微透镜阵列结构, 在出射侧具有小口径高数值孔径微透镜阵列结构。分析了层叠结构对光线在视场内的扩散增益原理。利用光线追迹法模拟了微透镜高度、口径等结构参数对光学性能的影响。模拟结果表明, 正面亮度随出射侧微透镜高宽比增大而增加, 在入射侧增加一层高宽比在0.01～0.15的低数值孔径微透镜阵列, 能够将正面亮度再提高3%～5%。实验测试结果表明其增益率可达40.06%, 较单层微透镜阵列扩散片提高了4.2%。

针对传统聚光系统中菲涅耳透镜成本较高并且光强分布不均匀的弊端，提出了利用紫外纳米压印技术制作菲涅耳透镜的方法.利用几何光学的光线追迹理论，设计了菲涅耳透镜模具.采用自行研制的紫外纳米压印系统对模具进行压印，紫外曝光后制得薄膜菲涅耳透镜.在太阳光下进行了测试，测试结果表明，低成本、高聚光倍数和光强分布均匀的菲涅耳透镜是可以实现的.

研究了一种亚波长金属光栅偏振器在可见光波段的透射与消光特性。与传统亚波长光栅偏振器不同的是,通过在基底和光栅之间增加一层高折射率介质薄膜,提高了TM偏振光透射率和消光比。利用严格耦合波分析法(RCWA),模拟了高折射率介质层厚度、光栅占宽比对透射率和消光比的影响。计算结果表明,在整个可见光波段,合适的介质层厚度可使透射更加均匀并且当入射角在0-60°变化时,TM偏振光的透射率和消光比仍可分别达到79%和50 dB。这种带有高折射率介质层的亚波长金属光栅偏振器结构紧凑,性能优良,特别适合作为液晶平板显示中的偏振分光器件。

提出了一种基于数字微反射镜(DMD)微光刻的导光模板的制作方法。导光板的网点单元图形由DMD输入，经过缩微光学成像系统缩微后，在光刻胶干板上逐单元网点曝光，再经过显影、微电铸得到导光板模板，在PC薄板材上用微纳米压印制成导光板，厚度仅为0.381mm。采用自行研制的SVGwriting-DMD激光直写系统，图形的最小分辨率为2μm，DMD微光刻法无需掩膜版，可实现不同形状、大小、微结构的单元网点图形及网点的排布，便于大幅面的导光板模板的制作。