在聚焦离子束溅射刻蚀工艺中,灰度图常常被用来加工三维曲面微结构,通过定义每个像素点的灰度值控制离子入射点的驻留时间。灰度值的准确计算对于加工出满足精度要求的三维曲面微结构非常重要。但是由于非线性溅射产额、再沉积等因素的影响,加工轮廓与理想轮廓会产生一定的偏离,给灰度值的确定带来了极大的困难,为了发展一种准确计算灰度值的通用方法,论文开展了如下研究:1、开展了聚焦离子束灰度图铣削三维曲面微结构探索实验,利用原始灰度图加工了预设的三维曲面微结构。在原始灰度图的制作中,默认灰度值与微结构的加工深度成正比关系。在对加工结果的分析中,探讨了加工结构的轮廓误差与微结构深宽比的相关性、轮廓误差与微结构具体函数形式的相关性。根据微结构的形状特征,结合溅射产额曲线以及离子入射角,解释了各个微结构对应轮廓误差曲线具有一定差异性的原因。2、根据轮廓误差曲线的变化规律,提出了基于误差补偿思想的三维曲面微结构轮廓控制方法。该工艺方法采用单灰度图“一次成型”的加工模式,并将灰度值定义为原始灰度值与其补偿量的叠加。建立了误差通式作为原始灰度值的补偿量,误差通式中含有相应的自适应系数,可以通过调整对应自适应系数,对灰度值补偿量进行修正。3、建立了基于灰度图的聚焦离子束溅射刻蚀微纳曲面结构工艺模型,将遗传算法-连续元胞自动机方法（GA-CCA）引入到仿真模拟器的建模以及灰度图的优化中。在该模型中,将反应空间和材料基底抽象为二维的元胞空间,引入占有率的概念使得元胞的变化可以连续,输入相应的灰度图即可进行模拟过程。利用遗传算法对灰度值进行优化,将误差通式中的自适应系数定义为一组染色体,生成相应的自适应系数种群,通过比对每次运算模拟轮廓与理想轮廓的偏差,计算出每组染色体的适应度,对自适应系数种群进行选择、交叉、变异操作,从而得到最佳的误差通式作为灰度补偿值。4、对该曲面微结构轮廓控制方法进行了验证,利用优化后的灰度图加工了探索实验中预设的曲面微结构,分析了不同微结构对应的自适应系数具有差异性的原因,进一步论证了该误差通式具备较强的自适应性。最后,利用原始灰度图和优化灰度图加工了随机三维曲面微结构,对比了优化前后的轮廓曲线,对该轮廓控制方法的通用性进行了验证。