光栅作为光信息传感的关键器件,在光谱分析、全息投影、光学防伪和工程测量领域都有着重要应用^[1]。微纳尺度衍射光栅由于尺度小,衍射光谱和三维形貌密切相关,其结构设计也涉及物理,数学优化和数值计算方法等;并且实验制备时需采用集成电路领域的芯片制造工艺^[2],譬如光刻,刻蚀,纳米压印,微电铸,成膜和清洗等制备技术。因此,微纳尺度衍射光栅的设计和制造难度大,更难于批量生产。随着光刻技术在微纳半导体器件制造领域的快速发展^[3],微纳尺度衍射光栅的高精度微纳制造研究也备受关注。本论文围绕零级衍射光栅的理论设计和实验制备展开了系统研究,课题内容属光栅制造领域研究前沿,主要取得了以下研究成果:（1）提出了一种微纳尺度衍射光栅的设计方法。依据严格的耦合波理论,优化设计得到多个解,并通过误差分析判定最优解。（2）对基于零级衍射光致变色效应的光栅结构进行了蒙特卡洛模拟和工艺误差分析,结合现有工艺条件,确定了最佳光栅结构参数。（3）采用电子束曝光、纳米压印、微电铸和模压技术,实现了硅-树脂-金属镍-树脂等不同材料之间的光栅图纹的复制转换。制备出用于生物细胞尺寸测量的光栅微尺和用于防伪的零级衍射光栅,并实现了光致变色效应。（4）本文中研究的微纳尺度衍射光栅的制造方法未见有文献报道,研究成果已提交申请国家发明专利一项,并获得第十一届华中科技大学实验技术成果一等奖。论文中采用该微纳尺度光栅设计、制造的零级衍射光栅已经应用到武汉华工图像技术开发有限公司防伪包装薄膜的大规模生产中并产生了显著的经济效益;此外,制备的光栅微尺也已经应用于同济医院活体动物细胞尺寸测量的医学研究中。