微电子和半导体工业以及纳米科技的快速发展使人们对微纳米制造能力提出了越来越高的要求。为满足上述要求，除了主流微纳米加工技术的进一步发展外，各种新奇的和非常规的微纳米结构制作方法的研究也引起了人们的巨大兴趣，成为当前微纳米制造发展的一个重要探索方向。材料表面，特别是纳米金属薄膜表面的结构化与功能化无疑是微纳米制造应用的一个研究热点。　　 本文采用自行设计制作的532 nm激光直写系统(NanoLDW-I)，探索了通过激光直写方式在受体材料In、Sn和Au薄膜上，或者间接地利用受体材料的性能改变制作微纳米表面结构的新方法。本研究主要内容和结果如下：　　 (1)纳米浮雕图案研究　　 采用激光直写技术在12 nm厚的Sn薄膜上的制作的纳米浮雕图案，其x-y平面的分辨率达到200 nm，z向分辨率约1 nm，而最大起伏△h和薄膜厚度相当。该纳米浮雕的产生机理是：构成薄膜的金属颗粒在激光作用下与衬底的浸润角发生可控变化使薄膜产生高度变化，从而实现纳米浮雕的制作。　　 采用纳秒脉冲激光直写技术在Au/PS双层膜结构上直接获得三维浮雕结构，其高度可达数百纳米，分辨率约500 nm。这种加工方式可以一步在PS薄膜上制作三维微纳米结构，在这点上类似于准分子激光加工和飞秒激光加工。　　 (2)MTMO灰度掩膜研究　　 通过特殊工艺制备出了超细晶的金属In、Sn纳米薄膜，采用激光直写技术结合金属薄膜颗粒的纳米尺度效应，成功地在In和Sn金属薄膜上制作出了灰度掩模，探讨了基于In、Sn薄膜激光直写灰度掩模的灰度机理，提出MTMO灰度掩模的概念，给出了MTMO灰度掩模的两种灰度模型，并利用MTMO灰度掩模制作了微透镜阵列等结构。用该法获得的灰度掩模具有制作成本低(其制作成本比市场上应用最为广泛的HEBS玻璃真实灰度掩模的成本低一个数量级以上)、制作工艺简单、灰度变化范围较大和稳定性较好等优点。　　 (3)高度有序褶皱结构研究　　 本研究涵盖了皱纹的基础理论、加工制作以及器件性能等方面，突破了利用褶皱制备微纳米结构的主要障碍，解决了皱纹组装领域的诸多重要难题。　　 在实验上，把激光直写技术与皱纹组装技术结合起来，通过在Au/PS薄膜上制作引导路径，同时实现了皱纹图形的高度有序、无缺陷、可设计的要求，并首次实现了皱纹图形的选区振幅控制、选区生长、可设计的选区周期控制以及皱纹图形的套刻等常规微加工方法所具有的功能。　　 在理论上，提出组成皱纹的最简结构单元--“皱元”的全新概念，并通过理论推导和实验验证阐明了皱元之间的相互作用规律--叠加定律。通过运用叠加定律，首次实现皱纹表面轮廓的可定量设计，这使得皱纹组装成为了一种真正的微加工方法并可制作几乎任意形状的皱纹结构。　　 在应用上，用皱纹制作了菲涅尔透镜、分束器、胶体球的排列模板等用以前的皱纹制作方法难以得到的器件；同时研究了所得器件的相关性能，例如用皱纹组装的菲涅尔透镜进行聚焦、成像；利用模板排列PS微球等。　　 本论文分为六章。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；第三章为激光直写技术制作纳米浮雕；第四章为激光直写技术制作MTMO灰度掩模；第五章为激光直写的路径引导皱纹组装；第六章为全文总结与展望。