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微光学是光学、微电子学和微机械学相互渗透、相互交叉两形成的一门新型学科。微光学元件是借助于微米和纳米等现代加工技术加工而成，微小化、阵列化和集成化的光学元件和系统的开发应用引起了人们对微光学元件的关注。与微光学领域相关的设计、制作与应用的研究受到了越来越多的重视。光学超分辨技术是通过改变光学系统的结构而获取超过衍射极限光斑的方法。隧着信息技术的发展，需要提供更高的光存储密度，现有提高光存储密度的方法是增大物镜的数值孔径和减小激光器的波长，现在蓝光光存储中物镜的数值孔径已经达到0.8，进一步增大物镜数值孔径和减小激光器波长会遇到技术和成本无法克服的问题。光学超分辨技术为减小聚焦光斑提高存储容量提供了一条新的途径。本论文旨在研究压印技术在微光学器件复制中的应用和光学超分辨技术在光存储中的应用。主要内容如下：
1.压印技术在微结构光栅复制的应用。微结构光栅将衍射理论和大规模集成电路制造工艺结合起来，实现新的功能，开辟了光栅设计、制造和应用新方向。Whitesides、Chou、Colbum等提出并发展了压印技术用于制造微米到纳米量级的微结构的方法。该技术的最大优点是工艺简单、成本低、适合大批量的制造，而且分辨率高。我们研究利用这种方法进行微结构光栅复制的技术，我们详细介绍了利用微电子加工工艺制备微结构光栅母板的方法，制备了各种类型的矩形截面微结构光栅、达曼光栅、全息光栅和高密度深刻蚀光栅。详细地研究了各种微结构光栅的模具制备方法和紫外压印复制方法，分析了各个工艺环节对复制工艺的影响，并且给出了各种微结构光栅的复制结果并做了详细的分析。这种复制方法为微结构光栅的低成本、大规模制造奠定了基础。
2.压印技术在微透镜阵列制造中的应用。微透镜阵列是一种目前使用十分广泛的微光学元件，它是一系列孔径在几个微米至几百个微米的微小型透镜按一定排列组成的阵列，广泛的应用于光束整形，光学器件互连，光信息处理、三维成像等领域。我们研究了压印技术在微透镜阵列制造中的应用，该方法利用传统的光刻胶热熔方法制造微透镜阵列母板，利用PDMS作为微透镜模具，采用压印方法将微透镜阵列图形转移到玻璃基板上的紫外胶上。实验证明该方法制成的折射型微透镜阵列性能稳定、可靠，是实现微透镜阵列大规模生产的一条重要途径。最后还对光刻胶热熔法制备微柱面透镜进行了初步实验研究。
3.光学超分辨光存储技术的研究。光盘的存储密度和光学头中聚焦光斑的大小成正比关系，光存储中聚焦光斑的尺寸决定于系统所用激光波长和物镜数值孔径。然而，以目前的技术手段不可能无限制地提高光盘中物镜的数值孔径和缩短激光波长。本文以超分辨位相板在光存储中的应用为背景，主要进行超分辨光学头的设计研究，对采用位相型光瞳滤波器的超分辨光存储技术进行了实验验证和ZEMAX模拟；我们分别设计制作了压缩比为0.982、0.958、0.929和0.898的超分辨位相板并将其装配到现有的DVD光学读取头中。在装配的20个光学头中，经过测试发现光学头装入超分辨位相板后可以起到压缩光斑中心主瓣的效果，对增强读盘能力能起到一定的作用。对光学头物镜前加入超分辨位相板进行ZEMAX模拟后发现，加入位相板后会实现中心主瓣的压缩，同时经过模拟发现，位相板的装配精度要求较高，位相板偏心和倾斜都会使光学头物镜的聚焦性能变差。超分辨位相板在光存储中进入实用化还需提高装配精度并探索减小像差的方法。