在微纳制造的发展过程中,人们追求越来越小型化的器件结构单元。为了满足制造这些器件所需要达到的加工精度,光刻技术的发展成为关键。根据光刻过程中是否需要使用承载图像信息的掩膜单元,可以将其分为掩膜式光刻和无掩膜光刻。掩膜式光刻的最大特点为高效,可以在极短的时间内实现掩膜图形的快速复制。光学成像式的掩模光刻目前是半导体工业图形化制备的首选方案。然而,这些方案通常需要精密且繁杂的高数值孔径镜组系统或极短波长的激光光源系统。纳米压印作为一种机械式的图形化方案,可以在不受衍射极限的限制下实现高精度掩膜结构的高效复制,具有极大的应用潜力。无掩膜光刻的最大特点为不需要通过复杂的掩模版便可实现光刻图案的灵活定义。作为这一类光刻技术代表的电子束光刻,可以实现纳米尺度的加工精度。然而,其设备造价高昂且加工效率极低,应用场景受到限制。激光直写作为一种紫外波段的直写光刻技术,具有成本低且无需真空环境等特点。其目前可以实现的最高加工精度约为500 nm,因而被广泛应用于衍射光学元件、微米尺度图形掩模版、微机电系统等重要元件的制造中。为促进光刻技术的发展,本论文选取纳米压印和激光直写这两种不同的光刻加工手段进行研究。在这些光刻技术的现有发展基础上,通过一系列的改进和优化,力图提高其加工能力和加工质量。从而满足对于不同种类衬底材料,不同大小图形结构的加工需求,进而为诸如纳米芯片、超材料/超表面、第三代光学元器件等变革性领域的跨越式发展提供新的研制手段。论文的主要研究内容包括:1.通过三维建模的方式,设计了应用于柔性衬底的平面对卷式纳米压印系统,以实现高速、大面积、高分辨的图形制备。在系统中集成了一个精密的柔性协变结构,用于实现压印过程中的被动调平,以及模板与衬底之间相对横向位移的减少。通过有限元分析的方式对该柔性协变结构的关键力学特征进行了仿真,以确保其在承受足够压力的同时不会产生屈服,同时满足所设定的柔性形变特征。提出了压印模板的制备及表面处理方案,并分别制备了具有微米尺度和纳米尺度图形分布的透明压印模板。分析了纳米压印过程中的潜在问题,并针对性地给出了解决方案,以实现压印工艺的优化。2.利用所设计的柔性压印系统,在PET衬底上制备了大面积的微米尺度和纳米尺度周期性图形结构。压印结果验证了图形特征尺寸的一致性以及大面积均匀性。配合刻蚀及蒸镀等微纳工艺,制备了高性能的金属线栅偏振片。表征结果表明其具有最高88%的可见光波段透过率,以及10030:1的消光比,且与仿真结果吻合。3.提出了一种金属转印的微纳结构制备方式,并借此制备了大面积的透明金属网格电极结构,以用作柔性透明电极。金属网格结构的最小线宽可以达到600nm。光学和电学表征表明该透明电极具有较好的性能:可见过波段的平均透过率可以达到84%以上,面电阻可以低至11.78 Ω/□。4.通过Richards-wolf理论和矢量瑞利索末菲理论分析了不同入射光场在高数值孔径下的矢量聚焦光场分布,验证了两者的等效性。通过搭建基于高数值孔径物镜的激光直写系统,研究了刻写线条宽度与入射光功率及扫描速度之间的依赖关系,并探究了其所能实现的极限分辨率。通过商用的激光直写系统,制备了最小线宽为1 μm的大面积高密度长金属线条结构,以用作金属线调制器。实现了复合预期的电学表现以及极高的导通率。5.提出了一种改进式的遗传算法,并利用该算法设计了二元振幅型的平面衍射透镜,在较长的工作距离下实现了超越衍射极限的聚焦效果和较长的焦深。实现了基于此种平面衍射透镜的激光直写光刻,光刻结果验证了 300 nm的分辨率和500 nm的焦深。证实了这一方案于高精度直写光刻中的应用。