纳米科学是在纳米尺度上研究物质的产生、特性、相互作用规律及应用技术的科学。当宏观物体减小到纳米尺度时，由于出现明显的表面效应、尺寸效应和量子效应等，将显示出在光学、热学、电学、磁学、力学以及化学等方面与大面积物体明显不同的特性。从20世纪80年代，纳米技术开始得到广泛而深入的研究，并在短短20多年时间内迅速崛起，成为一个新的前沿研究热点，在材料、物理、化学和生物等各个领域获得了飞速发展，带来了一系列新的挑战和机会，产生了一系列新现象、新方法和新应用。　　 基于纳米科学广阔的应用前景，纳米加工技术也应运而生，传统的曝光技术由于受到衍射极限的限制而不能用于纳米结构加工。现有较成熟的纳米结构加工主要是采用昂贵的电子束或离子束光刻技术，由于设备昂贵，而且加工效率低等问题，不适合快速制备和大面积纳米结构的制备，开发一种快速而经济的纳米结构加工方法追在眉睫。本文基于现有纳米加工方法存在的问题，提出一种全新的纳米结构加工方法—基于聚苯乙烯纳米球(Polystyrene nanosphere，PS)阵列的超衍射光刻技术。这种方法可以突破光学衍射极限的限制，通过一次曝光得到大面积纳米结构，不仅实验过程操作简单、成本低廉，而且加工效率高，适合大面积大批量纳米结构制备。针对这种纳米结构制备方法，本文从理论、模拟、到实验展开了系统而深入的研究。具体完成了以下几个方面的研究内容：　　 (1)首先给出了基于PS球超衍射光刻方法的基本原理，然后分别详细的推导和演绎了PS球对平行光的会聚作用和金属层对倏逝波的放大过程，并分析了其在超衍射光刻中的作用，对超衍射光刻理论进行了深入的分析和讨论，从理论上证明了基于PS球的超衍射光刻的可行性。　　 (2)利用时域有限差分(Finite-Differece Time-Domain，FDTD)电磁模拟软件对超衍射光刻结构进行了光场数值模拟，并对影响光刻最小特征尺寸的银层厚度、PS球大小和PS球相对折射率等进行了深入的讨论和分析，给出不同直径和不同折射率的。PS球实验结构的最优化设计参数，为进行相应的实验研究起到有力的指导作用。　　 (3)针对“基于PS球的超衍射光刻”的结构参数优化设计结果，开展了相应的实验研究。做出了特征尺寸超过衍射极限的纳米结构阵列，充分验证了这种方法的正确性。