激光直写技术作为一种新兴的低成本、高效、高精度的加工技术，可以适用于几乎任意自由度的二维或者三维微纳结构快速成型制备。这对光电子以及半导体微纳结构与器件的制备具有重大的意义。金属微纳结构在电子学和光子学中有着广泛的应用。本文综述了激光直写制备金属微纳结构相关研究进展。主要包括激光直写制备金、银、铜以及复合材料微纳结构与器件。随后重点综述了激光直写表面增强拉曼光谱微流道芯片相关的研究进展。随着环保要求的不断提高，功能性碳材料将会在更多领域得到广泛的应用。与传统的热碳化方法相比，激光直写工艺可以在材料的表面上实现精细的图案化微纳结构的制备。本文进一步综述了激光碳化直写碳功能材料相关研究进展。主要包括激光直写原位还原氧化石墨烯、激光碳化木材、叶子等木质材料。通过对本课题组的研究以及目前相关的研究成果进行综述，本文可为激光直写制备金属与碳材料微纳结构与器件研究及应用提供参考。

飞秒激光具有超短脉宽和极高峰值强度, 已广泛应用于精细加工与微纳制造领域。目前, 激光直写技术用于柔性器件的制备受到极大的关注。综述了激光直写技术的四个研究方向：1)激光直写微透镜用于广角成像; 2)激光制备纳米金/还原氧化石墨烯微超级电容器; 3)聚酰亚胺基体上多层超级电容器的制备; 4)电容生物传感器的激光制备。同时介绍了本课题组开展的相关研究工作, 可为激光直写制备微纳结构器件的研究与应用及未来发展方向提供参考。

光还原特别是激光还原金属离子制备纳米结构作为一种化学成分纯净和工艺可控性高的微纳制造手段，已经得到了广泛的研究与应用。目前，该方法加工出的金属结构已应用于光谱检测、生物荧光成像、三维微纳结构制造等领域。针对当前基于双(多)光子吸收效应直写技术无法解决的加工效率低等问题，采用紫外纳秒激光双光束干涉法，提出了一步原位光还原银离子的制造方法。结合紫外和可见光辐照还原银离子，成功制备出大面积具有不同表面形貌的纳米级周期的光栅结构。详细讨论了激光还原时间、银离子浓度、不同波长光辐照等条件对光还原的影响，对双束光干涉以及光还原机制进行了分析。另一方面，银离子还原后形成的结构是由大量的尺寸为几十纳米的颗粒构成，排列紧密，因而具有显著的表面增强拉曼效应。对萘普生分子进行检测后，证实了该纳米结构具有较优的表面增强效果。

为了降低激光直接辐照透明介电材料的表面加工粗糙度和激光能量密度刻蚀阈值, 提高微光学元件的产出率, 介绍了一种用固体介质作吸收层, 激光直接作用在透明光学材料上进行微纳加工的激光诱导背面干法刻蚀工艺。首先, 选用95氧化铝陶瓷作固体材料辅助吸收层, 应用中心波长为1 064 nm的掺镱光纤激光器, 在3.2 mm厚的熔融石英玻璃表面刻蚀了亚微米尺度的二维周期性光栅结构。然后, 对刻蚀参数进行拟合并探讨了激光能量密度对刻蚀参数的影响。最后, 观察该二元光学元件的衍射花样图形并讨论其衍射特性。实验制备了槽深为4.2 μm, 槽底均方根粗糙度小于40 nm, 光栅常数为25 μm的二维微透射光栅, 其刻蚀阈值低于7.66 J/cm2。结果表明,应用该工艺制备二维透射光栅, 降低了激光刻蚀透明材料的密度阈值及加工结构的表面粗糙度。