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任意排布、非球面面形微光学元件在国防军事、科学研究、航空航天以及新能源等众多领域中正显示出前所未有的重要作用和广阔的应用前景。例如：ICF等大型光学系统静态像差的校正、自适应光学波前探测都以高精度的连续面形微光学元件为核心器件。然而，传统微结构制备技术很难成形这种排布不规则、非球面面形的微光学元件，更无法实现微光学元件的面形精度控制。本论文为了解决国家重大项目对各种复杂微光学元件的迫切需求问题，开展了不规则非球面、高面形精度、大数值孔径微光学元件的制备技术研究，创新性的提出了可用于非规则面形微结构成形的掩模移动滤波技术，发展了全新的、系统的制备工艺。在此基础上，研究了光致抗蚀剂感光特性对微浮雕面形的影响，发现了抗蚀剂显影过程中的阈值效应，提出了基于抗蚀剂显影阈值特性的曝光阈值面形控制技术。最后以自适应光学、ICF波前校正、大气湍流实验室模拟等诸多领域对微光学元件的需求为牵引，完成了相关器件的制备，并在系统中得到了广泛的应用。论文主要研究内容及研究成果体现在以下四个方面：
1)开展了基于掩模移动的任意排布、不规则面形微结构成形方法研究；
研究了一维移动滤波掩模编码方法，并提出了能够用于成形任意排布、不规则面形微结构的掩模移动滤波技术，分析了影响最终微浮雕结构面形质量的主要因素。通过实验完成了菲尼尔透镜阵列、折衍混合透镜阵列等系列新型复杂面形微光学结构的制备，充分证明新技术在微结构制备方面的通用性和有效性；
2)对连续型微浮雕感光机理进行了深入分析，开展了基于抗蚀剂曝光阈值特性的微浮雕面形控制技术研究；
研究了抗蚀剂在感光过程中的非线性特性。在此基础上，建立了抗蚀剂感光特性模型和显影特性模型，发现了抗蚀剂显影过程中的曝光阈值特性。利用该特性发展了全新的适用于连续型微浮雕结构面形控制的曝光阈值明星控制技术。在此基础上，通过对掩模进行预校正实现了浮雕深度大于100μm的微浮雕结构面形精确控制。从实验上证明该技术是可以用于微浮雕面形的精确控制的。
3)开展了任意排布、不规则面形微光学元件应用研究
将本文发展的掩模移动滤波技术和曝光阈值面形控制技术应用于自适应光学“SHARK—HARTMANN”波前传感系统、人眼高阶像差校正系统、大气湍流模拟系统等方面，解决了原有光学工程系统对各类特殊排布、复杂面形微光学元件的迫切需求。使本论文发展的技术能够成为有特色的、实用的微光学结构技术。