微纳图形化技术是微纳制造领域的重要支撑性技术，图形化仪器作为前端研发的核心仪器，是光电子器件、新材料等研究中不可或缺的重要技术手段。应用涉及微电子、光电子、微纳光学、新材料、生物医学等多学科，几乎涉及新兴产业的各个前沿研究领域。　　 针对研究工作中从亚微米至微米尺度的高效率图形化技术需求，以及我国高端微纳图形化技术条件和研发工作严重不足的现状，提出了微纳图形化关键技术和系统的研究，以期解决困扰目前图形化系统普遍存在的分辨率不能满足研究需求、效率低、成本高的状况。本论文的研究工作以实现亚微米至微米尺度的高效图形化技术手段为目标，深入研究了微纳图形化的方法和技术实现途径，以及在此基础上，对光学系统、机械结构、控制技术、海量图形输入与处理、进行了研究和模块开发，解决了一些关键难题，研制成功了高性能、工程化的图形化仪器设备。　　 本论文研究过程是：微纳图形化的形成方法（保障高分辨率、高效率的技术途径）→系统功能策划→整体方案设计→关键部件功能匹配→控制技术研究（3D检测和图形处理）→仪器设计开发→工艺验证和行业应用。主要研究内容为：　　 1、对当前国内外的微纳图形化技术状况和商品化图形化系统进行了调研和分析，通过比较图形化系统的类型和技术特性，以及当前可获得的图形化技术手段，提出本论文研究的目标，开发具有高效率、高分辨率和高精度特征的图形化系统，系统地提出了实现高效率、同时具有高分辨率的解决方案，解决现有图形化系统普遍存在的运行效率与分辨率不高的不足，为高端微纳图形化仪器的研制以及图形化工程制备提供先进技术手段。　　 2、根据研究目标和通用型图形化系统原理分析，在当前的技术条件下，以空间光调制器图形输入为技术基础，提出了多功能化、高速化和亚波长干涉光刻三种具体解决方案，并进行了方案设计，分析了组成部件的技术要求和实现途径。　　 3、设计并研制了微缩投影光学系统和位相干涉光学系统。微缩投影光学系统具有高倍微缩和聚焦探测功能，具有支持物镜Z向运动实现聚焦调节的特征。干涉光学系统使用紫外351nm波长激光，空间光调制器光阑输入，衍射位相光学器件细分光场，支持300nm周期结构。　　 4、对上述图形化方案的关键支撑性技术进行了研究开发。研发了适用于步进运行的压电陶瓷电机工件台和高速连续运行的直线电机气浮工件台、面向纳米位置精度的飞行曝光控制技术、适合步进运行和高速运行的光学自动聚焦技术和Z校正技术两类伺服光学聚焦技术，从而为实现具有三维形貌导航能力的“飞行曝光”提供了可行性。　　 5、根据上述方案和技术，形成了微纳图形化仪器开发，开发了多种型号：(1)使用405nm波长半导体激光光源，微缩投影光学系统，研制成功MicroLab多参量图形化系统；(2)使用351nm固体DPSSL激光光源，微缩投影光学系统，开发了iGrapher高速图形化系统；(3)配置紫外干涉光学头和微缩投影双光学头，开发了MiScan图形化系统。最后对上述系统进行大量的功能验证和工程化运行，给出了各种微纳图形化实验结果。　　 在长达5年的研究过程中，面向行业和国家重大需求，进行高端仪器的研发工作，通过产学研合作的机制和市场需求牵引，本论文中的工作结果表明：论文解决了一系列图形化的关键技术，攻克了高端激光图形化系统中的实现高分辨率、高速化、高精度的光学系统、机械系统、控制技术和图形化处理的重大难题，为进一步进行面向需求仪器开发和行业应用，建立了扎实的技术基础和工程化经验。　　 需要说明的是：本论文在产学研合作单位苏大维格的平台下，通过发现问题、持续改进，实现了本论文涉及的微纳图形化仪器的工程化，并实现了仪器在我国高等院所的应用和出口海外（以色列等国），从而达到了预期的目标。