超构表面为纳米光子器件赋予了更高的自由度与灵活度，使实用的微纳米光子器件的实现成为可能。基于高折射率半导体材料的介质超构表面制备技术可以和半导体集成电路的制作工艺结合，有希望在攻克超构表面大面积和高通量制备技术难题上发挥重要的作用，因此对其光场调控性能和制备工艺的研究是该领域近年来的重要发展方向。本文从硅、氮化硅和二氧化钛等介质超构表面出发，介绍了超构表面高通量制造技术的发展。此外，介绍了基于大面积制造技术实现实际应用的基于纳米光子器件的光学器件，如显示、成像、光调控器件。

以中心工作频率 130 GHz、衰减深度为-40 dB的太赫兹带阻滤波器为制备对象，介绍了其在制备过程中蒸镀、光刻、显影及湿法刻蚀等工艺步骤中的一些技术细节。制备得到的太赫兹滤波器加工误差<±3 μm，考察了加工误差对滤波器传输性能的影响，该加工误差在可接受范围。为进一步验证工艺的可靠性，使用空间测量装置获得了滤波器样品传输性能，测试结果与设计值吻合度较好。最后，探讨了本工艺推广至更高频率器件的适用性及需要改进之处。文中介绍的硅基太赫兹器件加工工艺适用于电子器件与光子器件的融合发展。

微透镜阵列是一种多功能的微光学元件,可以对入射光进行扩散、光束整形、光线均分、光学聚焦等调制,进而实现大视角、低像差、小畸变、高时间分辨率和无限景深等,在光电器件和光学系统的微型化、智能化和集成化方面具有重要的应用潜力。介绍了微透镜阵列的光学原理和发展历程,综述了喷墨打印、激光直写、丝网印刷、光刻技术、光聚合技术、热熔回流技术和化学气相沉积法等微透镜阵列制备技术,总结了微透镜阵列在成像传感、照明光源、显示和光伏等领域的应用进展,最后对微透镜阵列的发展方向进行了展望,讨论了曲面微透镜、叠加复眼系统以及微透镜与新型光电材料结合等新方向的发展趋势和未来挑战。

针对近红外(800 nm)及其二倍频(400 nm)飞秒激光脉冲在金属钼表面诱导产生周期性条纹结构的情况进行了研究，分析比较了入射激光能量、脉冲重叠数、激光中心波长和加工氛围等实验参数对金属表面自组织形成的条纹结构空间周期的影响，并利用中心波长为400 nm 的飞秒激光在水环境中于单晶钼表面制备出了空间周期仅约160 nm 的条纹结构。同时针对水中加工的情况,在理论上提出了入射激光与表面等离子体波发生干涉和表面等离子体波形成驻波两种机制相互竞争的物理模型，很好地解释了实验现象，对于深入理解飞秒激光在金属表面进行纳米尺度的加工制备具有重要意义。

利用离子束溅射诱导实验方法，在单晶Si（100）基底上辅助沉积银膜，研究了低能Ar+离子束30°入射时，不同离子束能量和束流密度以及基底温度对Ag纳米结构的影响.结果表明：在较低基底温度下（32 ~100℃）辅助沉积银膜，膜层表面会呈现排列紧密、晶粒尺寸一致的金字塔状纳米结构.当温度升高时（32~200℃），纳米微结构横向尺寸λc迅速增加，而粗糙度先减小(32~100℃)后迅速增大(100~200℃)； 当离子束能量1 400 eV、束流密度15~45 μA/cm2时，在相同温度下，随着离子束束流密度的增大，纳米晶粒横向尺寸基本不变，粗糙度略有增加；当离子束流密度为15 μA/cm2、能量1 000~1 800 eV时，在相同温度下，随着离子束能量的增加，银纳米结构尺寸增加，而表面粗糙度先增加，然后缓慢减小.自组织纳米结构的转变是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果.

使用微波回旋共振离子源，研究了低能Ar+束在不同入射角度下对旋转单晶硅（100）表面的刻蚀效果及其光学性能。结果表明：样品旋转、离子束能量为1000 eV、束流密度为265 μA/cm2、刻蚀时间为60 min时，在不同入射角度下，刻蚀后的样品表面可形成均匀的自组装点状结构。入射角度为0°～25°时，随着角度增加，样品表面粗糙度增大，点状结构有序性更强，光学透射率提高；继续增加入射角度，样品表面粗糙度及点状结构尺寸开始减小，光学透射率降低；增加入射角度到45°时，自组装点状结构消失，粗糙度和平均光学透射率达到最小值分别为0.83 nm和55.05%；进一步增加入射角度，样品表面再次出现自组织装点状结构，表面粗糙度急剧增大，入射角度在65°时，平均光学透射率达到极大值64.59%；此后，随着离子束入射角度的增加，表面粗糙度缓慢减小，光学透射率降低。自组织结构变化是溅射粗糙化和表面弛豫机制相互作用的结果。

本文采用堆拉法自主研制了一种新型的柚子型光子晶体光纤, 并详细分析了光子晶体光纤的制作工艺。在预制棒制作方面, 设计了独特的拼装工具辅助预制棒的拼装, 提高了预制棒的一致性。在光纤拉制方面, 设计了精度较高的微压控制系统来控制毛细管内压力的大小。经多次试验表明: 当温度在 1 850~1 900℃、压力在 1 500~ 2 000 Pa时, 可以得到结构相对均匀、损耗较小、强度较好的柚子型光子晶体光纤。对光纤性能进行了测试分析, 光纤包层直径为 130 μm, 涂敷层直径为 250 μm, 在 1 550 nm处模场直径为 11.27 μm, 光纤损耗为 3.5 dB/km, 测试结果表明, 研制的柚子型光子晶体光纤的几何参数和光学参数已达到工程化应用指标, 为进一步开发高灵敏度的光纤光栅奠定了理论基础。

通过单掩模紫外(UV)光刻、感应耦合等离子体(ICP)刻蚀及KOH∶H2O化学腐蚀,在硅片上制作5×5元面阵硅折射微光学结构。通过电化学方法将制成的硅精细图形结构转换成镍版,进而通过压制法将精细的镍版图形进一步转印到有机玻璃材料上,从而制成面阵光学波前出射结构。光刻版由结构尺寸在微米量级的大量微孔组成,其特征尺度和排布方式由算法生成。微形貌测试显示了制作的折射微光学波前出射结构具有预期的表面形貌特征。通过常规光学测试,比较和分析了出射复杂波前的情况。