与传统光源相比,发光二极管(LED)具有光电转换效率高、稳定性好、寿命长、无污染等诸多优点,成为新一代绿色照明光源。此外,其所具有的体积小和光谱窄的优点使其成为出色的信号、显示光源,如微投影系统、脉冲测距等。而上述应用对光源的体积、光效、准直性和均匀性等方面都有较高的要求,为此,常利用二次光学设计对光束进行整形,而该方法不仅会增加光学系统的体积,而且会削弱光照强度。为将LED光源能直接应用在此类系统中,需解决如下两个问题:提高LED的出光效率和控制LED发散角,使LED的出射光或准直,或均匀。在生活生产上,通常使用LED表面粗糙化等方法来增加光出射,在LED外添加折反射系统来调整光线的传播方向。然而,简单的表面粗糙化虽然可以提高出光效率,但无法准确控制出射光束的发散角,而通过二次光学设计来控制发散角亦不能从根本上提高出光效率。因此,本文以Ga N-LED为研究对象,提出利用亚微米级菲涅尔圆环结构实现LED均匀照明以及利用亚微米级光栅结构实现LED准直照明的方法。通过在PGa N层上制作亚微米级菲涅尔圆环结构和光栅结构,采用时域有限差分法(FDTD),分析了不同的P-Ga N厚度、结构深度、光源波长和光栅周期下出光效率和发散角的变化。模拟结果表明,在均匀性方面,当光源波长为465nm时,P-Ga N层厚度为6.6μm,采用结构深度为0.18μm的菲涅尔圆环结构后,光强为原来的3.1倍。光强降为峰值的1/e时,发散角为70°,且在50°发散角内,光强比较均匀。若将波长范围变换为420nm-495nm,光强分布情况基本不变,总光强略有减小,减小为2.3倍。在准直性方面,当光栅周期为400nm、P-Ga N层厚度为3.3μm、结构深度为0.1μm时,模拟结果表明,与没有结构时的模拟结果相比较,发现出射光的远场光强分布改变了,约有50%的出射光集中在了14°发散角的范围内,总出射光强度基本没有变化。在亚微米菲涅尔圆环和光栅的制备过程中,利用了激光直写和干涉曝光技术,能够快速地得到所需的结构。在电镜下观察制备效果是发现,菲涅尔圆环之间仍有粘连,中心部分也有少许残留,制备效果还有待提高。而光栅条纹匀直,且能够很好的吻合模拟中所需结构的尺寸要求。