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光栅作为衍射光学的关键元件，凭借其优异的色散、分束等特性被广泛应用于军事、天文探测以及工业科研等多个领域。随着微纳技术的不断发展，对光栅的要求越来越高，比如:光栅的尺寸要求越来越大，密度和精度越来越高，这就对光栅的制备技术提出了更高的要求。激光直写技术，作为一种无掩膜光刻技术，以其低成本、低环境要求、高加工效率等优势，在众多无掩膜光刻技术中脱颖而出，成为了国内外众多研究机构及公司研究的热点。近年来该技术越来越多地被应用于微纳光学器件加工等领域。为了使激光直写方式相对于其它的光刻方式更具有竞争力，并提高激光直写系统制备光栅的效率，发达国家提出了激光并行直写的概念，但目前国内的光栅制备水平与发达国家相比还有很大的差距。为了使可见光波段的激光直写光刻技术应用到纳米光学制造领域，并形成核心技术的自主知识产权，为中国的微纳光学元件加工领域提供一种低成本、高性能的技术手段，本实验室在传统的激光并行直写的基础上，开发了一套面向大尺寸、高密度光栅制备的基于达曼光栅的多光束激光并行直写装置，该激光并行直写装置主要由激光调制模块、聚焦伺服模块以及样品扫描模块三个部分组成。 本研究主要内容包括：⑴阐述了光栅制备技术的发展。具体阐述了全息光栅制作技术、国内外激光直写技术的特点，并分析对比了它们的性能指标，介绍了本实验室原有的基于达曼光栅的激光并行直写技术的重大意义。对现有的基于达曼光栅激光并行直写系统进行了简要分析，分析了作为影响刻写质量的核心单元—自动聚焦检测技术的发展，提出了激光并行直写装置现存的问题。以提高光栅刻写质量为目标，对原系统的自动聚焦模块进行了详细分析，详细介绍了自动聚焦模块中的离焦像散检测原理、利用Matlab软件设计建模的过程及结果。通过对比结果，确定了将原系统中的单个像散检测方法优化为差动像散检测方法。为提高聚焦效率，在自动聚焦的基础上，额外加入调平模块，调平模块和自动聚焦模块统称为调平聚焦伺服控制系统，然后对该系统的光路原理进行了详细分析与展示。⑵在对优化后的调平聚焦光路进行详细分析及确定光路参数之后，对系统的整体软硬件控制架构进行了详细阐述。硬件方面，确定了系统光学元器件的型号及它们之间的通讯接口连接方式，确定了以计算机为核心的仪器结构。软件方面，根据对系统实时性的要求，确定Labview虚拟仪器软件作为开发软件，从系统的反馈方式、反馈控制算法、软件设计思想、流程以及具体程序框图等多个方面对软件编程进行了详细说明。之后，详细讨论了光学参数的影响、环境振动的影响与消除方式、移动平台组合方式及误差测试与补偿等内容。采取一些误差补偿及消除措施后，优化后的调平聚焦伺服控制系统成为了一个能集成于现有基于达曼光栅的激光并行直写系统的实验系统。⑶对优化后的调平聚焦伺服控制系统进行实验性能的验证。实验方面，从优化后系统的动态、静态以及与原自动聚焦模块对比这三个角度对系统的实验结果进行了详细分析，得出了优化后的调平聚焦伺服控制系统的性能的优势。之后将调平聚焦伺服控制系统集成于激光并行直写系统中，利用该直写系统，进行了不同周期、不同尺寸以及不同面型的光栅掩膜版的刻写。刻写结果进一步证明了优化后的调平聚焦伺服控制系统进一步提高了光栅刻写质量，达到了预期设计期望，进一步为更大尺寸、更高密度光栅的刻写提供了依据。