本文工作基于激光直写和各种金属薄膜、复合薄膜、化合物薄膜等受体材料展开。利用激光直写路径可控、操作简单、环境要求低等优势，通过研究激光对受体材料的热作用（膨胀、形变、液化）和热化学作用（激光热致氧化）结合刻蚀工艺制备了一系列的器件，如灰度掩模及微光学器件，激光直写制备微纳米隧，和Si/PS复合薄膜的表面减反结构阵列;在铋系二维结构化合物的设计与合成方面进行了系统研究。具体取得了如下进展:　　(1)灰度掩模的图形转移与微光学元件制备　　采用多次溅射、分层氧化固定的方法获得了岛状生长薄膜材料的制备超细晶薄膜制备方法，可以有效减小Sn、In等薄膜的晶粒大小，为激光直写提供性能优异的受体材料;使用激光直写在超细晶Sn金属薄膜上制备了复杂的灰度掩模图形，通过灰度校正与图形设计，修正了光刻过程中的图形转移失真问题，最终通过光刻和干法刻蚀过程将灰度图形转移至SiO2基底表面，获得了实用化的菲涅尔透镜和微透镜阵列，并对他们的成像效果进行了验证;通过对Sn金属灰度掩模的寿命测试与分析，证实了在实际使用中的可靠性和高性价比。　　(2)激光直写制备微纳米隧道　　使用ZnS-SiO2/Sn/ZnS-SiO2复合薄膜材料进行激光直写，仅需一个步骤就获得无需封装的微米纳米隧道，提供了一条新的制造微纳米隧道的高效、简便、无需刻蚀、无需封装的技术路径，可以广泛地使用在电极互连、微流控、生物芯片等领域。在实验中获得了宽度仅为170nm，高度为50nm的通道结构。对复合薄膜的微观结构微观分析证明了激光导致的中间Sn薄膜层液化膨胀并形成中空隧道的机理。　　(3) Si/PS薄膜表面微凸起结构阵列　　采用Si/PS复合薄膜作为受体材料，通过激光直写在其表面制备了微凸起结构阵列，可以应用在太阳能电池、光学器件、光敏器件、仿生复眼等领域，用于提高光线收集效率。通过调控激光功率参数、设计图样等条件，可以制备各种排布方式、结构大小、高宽比的微凸起结构阵列。通过对微凸起结构的微观表征和不同功率下的形貌分析，证实了激光引发的PS受热膨胀导致了最终Si薄膜的凸起。采用微区光谱测试系统对微凸起结构阵列的反射率进行了测定，减反效率达到了40％，理论分析表明表面散射和凸起结构折射是产生减反效果的两个主要原因。　　(4)铋系化合物二维超结构材料的研究　　将晶格匹配与外延生长的化合物设计路径应用于四次对称和六次对称的各种Bi系化合物上，设计合成出了Bi2O3、BiOCl、BiOBr、Bi2O3CO3二维网格结构，BiOI的四方结构微盘，BiI3的六角微盘，Bi2S3的二维嵌套网格等具有超结构的二维材料;通过先在钛酸锶(SrTiO3，STO)基底上引入异质外延缓冲层，然后再进行同质外延的技术路径，成功的获得大面积外延生长的Bi2S3二维嵌套网格材料;通过测试Bi2S3二维嵌套网格材料的电学性质，发现了其具有各向异性的电阻率，有望用于各向异性的电子器件;发现激光直写能使BiOx非晶薄膜转化为Bi2O3薄膜，并代替加热过程转化获得Bi2O3的二维嵌套网格。　　本论文分为七章。第一章为绪论，介绍了本文的研究背景;第二章为激光直写系统及其功能简介;第三章为激光直写制备灰度掩模及其应用;第四章为激光直写制备微纳米中空隧道;第五章为Si/PS复合薄膜表面减反结构阵列;第六章铋系二维材料体系及其相互转化;第七章为全文总结与展望。