随着半导体技术以及微纳工艺的蓬勃发展,二元光学器件把传统光学带入了微光学领域,实现了光、机、电、算微型仪器的高度集成,但同时也为二元光学器件的低成本、高产出制备工艺提出了更高的要求。二元光学器件的传统制备方法需要经过多次光刻和刻蚀工艺,加工环节多,制备效率低,并且随着台阶数目增加,制备工艺越来越复杂。而直写技术、灰度掩模法等工艺制备成本昂贵、效率较低,不利于技术推广。本课题主要针对二元光学器件制备与复制问题,通过深入研究纳米压印技术机理,结合光刻套刻技术、反应离子刻蚀技术、紫外压印技术,提出一种高产出、低成本的高精度二元光学器件制备方法。主要研究内容如下:首先,研究纳米压印机理,推导了压印过程中聚合物的流变与填充原理,并以菲涅尔微透镜为出发点,理论与实验两个角度同时分析压印胶厚、压印时间、压印压力、压印温度、曝光时间对压印效果的影响。其次,使用L-edit软件设计了菲涅尔透镜与四台阶光栅掩膜板,在硅基底上制备了线宽为4μm、台阶深度307.5nm的四台阶光栅压印模具,并从曝光能量、显影参数、套刻工艺等方面对光栅的占空比进行了优化;从刻蚀功率、刻蚀压强、气体流量等方面优化了台阶深度、陡直性以及光栅表面粗糙度。再次,结合紫外压印技术、反应离子刻蚀技术,将菲涅尔透镜和四台阶光栅结构分别复制到石英玻璃基底上,完成了模板图形结构转移,并提出了掩膜层与基底分离刻蚀的图形转移方法,该方法操作简便,且可以优化四台阶光栅压印模板的台阶深度缺陷。最后还设计了所加工器件的光学检测实验系统,并测量了菲涅尔透镜与四台阶光栅的光学性能参数,测量结果表明:菲涅尔透镜衍射效率为37%,焦距9.3mm;四台阶光栅衍射效率为74.6%,从而实现了高精度二元光学器件的高效率、低成本制备。