提出了一种基于连续面型微棱镜阵列结构的激光分束器元件设计及制作方法，该方法利用微棱镜单元对入射光斑的能量进行重新分配，并精确控制子光束的偏转方向，从而生成出射角度及能量分布可控的任意阵列光束。研究了微棱镜阵列分束器的设计原理，建立了微棱镜单元结构参数与光学性能对应的函数关系模型，开发了微棱镜设计算法，并分析了针对不同结构特征的微棱镜阵列及其制作与检测的优选方案。以间隔角度0.15°、能量分布比例为0.365∶0.225∶0.365的1×3微棱镜阵列分束器为例，开展了分束器建模及几何光线追迹仿真，设计出了目标微棱镜阵列结构，并进一步通过光刻刻蚀技术实现了该分束器的精确制作，最后搭建了测试光路开展光学性能测试，通过光斑图像处理算法对分束器光学性能进行表征分析。实验测试结果表明，所设计和制备的微棱镜阵列分束器的能量利用率在91%以上，能量分布误差小于6%，偏转角度误差在0.4%以下，验证了微棱镜分束器原理的可行性。该研究解决了现有分束元件中央亮斑及衍射能量损失难以规避等难题，为远距离、任意能量分布的分束器研制提供了一条可能的有效途径。

棱镜光栅是星载甲烷成像光谱仪的重要分光元件，与传统光栅不同的是，棱镜光栅的槽形是将光栅浸没于高折射率介质中，由于光栅槽形嵌入在高折射率介质中，使得光栅的角色散和分辨率都提高了n倍，其中n是高折射率介质的折射率。相比于传统光栅，棱镜光栅在同样的光谱分辨率下可以减小光栅的尺寸，实现更加紧凑的光机结构。因此研制棱镜光栅具有重要的意义。针对甲烷的2.3 μm波段，分析了棱镜光栅的衍射特性，为了进一步提高系统的结构紧凑性，在石英棱镜光栅中引入高折射率材料TiO₂介质膜，对于矩形槽形，占空比在0.3~0.45范围内，TiO₂膜层厚度在165~170 nm之间，槽深在800~950 nm之间时，光栅的衍射效率高于70%，TiO₂膜层厚度为165 nm，槽深在870~930 nm之间时，衍射效率高于80%。采用全息光刻-离子束刻蚀结合原子层沉积技术，制作了周期为1020 nm、光栅有效面积大于110×275 mm的棱镜光栅。实验测量中，为了消除光源波动的影响，采用了双光路测试法进行衍射效率测量，在2.275~2.325 μm波段，一级衍射效率大于70%。

光刻法是一种制备微型发光二极管（Micro-LED）像素化色转换薄膜的可靠方案，但存在量子点与光刻胶兼容性的难题。本文开发了一种通过N-苯基马来酰亚胺（NPMI）侧链改性的丙烯酸树脂制备兼容量子点的光刻胶，侧链基团上C?O键能与量子点形成配位键从而钝化表面缺陷，并提高量子点分散性，使光刻胶溶液的量子产率（PLQY）达到76.1%（红色）和43.4%（绿色）。最终制备色转换薄膜时钝化效果仍然存在，绿色和红色的PLQY分别达到了66.4%和36.4%，像素化图形最小尺寸可实现10 μm×10 μm的矩形阵列。本研究中的树脂侧链改性方法为开发兼容量子点的光刻胶提供了指导，为Micro-LED全彩化的商业化应用提供了一种简便且可行的解决方案。

光栅干涉仪作为一种精密位移测量手段，具备高精度、高分辨力以及强抗干扰能力等优势。光栅作为干涉仪的测量基准，其周期准确性与位移测量结果的精度直接相关。基于原子光刻沉积技术的原子光刻光栅周期直接溯源至铬原子跃迁频率，将其运用于光栅干涉仪的研制，使得测量结果可直接溯源，保障了测量结果的准确性和一致性。然而单次原子光刻制备的光栅面积较小，限制了干涉仪的测量量程。尽管采用拼接原子光刻技术可实现原子光刻光栅面积的延拓，且理论上不引入周期误差，但是拼接区域光栅峰谷高度存在不均匀性，将会影响光栅的衍射效率。文中基于严格耦合波分析理论对拼接原子光刻光栅的衍射特性进行了仿真分析，当光栅峰谷高度从30~85 nm改变时，TE偏振入射光对应衍射效率从0.3%升高至1.9%，TM偏振入射光对应衍射效率随着峰谷高度变化逐步升高，最大值可达36.8%。同步进行了光栅衍射性能的实验测试，结果表明实验测试结果与仿真理论结果的变化趋势一致。该研究为基于拼接原子光刻光栅的直接溯源型光栅干涉仪测量量程扩展提供了技术指导。