随着光、机、电等多学科技术的融合发展,传统光学器件因其元件数量多、体积质量大、抗干扰能力差等缺点已无法满足当代精密光学设备对光学元件的高精细化需求。而微光学元件的出现为该问题的解决带来了曙光,并开拓了更广泛的应用场景。球面微透镜阵列就是一种重要的微光学元件,它由一定数量的球面透镜单元以某种方式排列组成,相比传统光学元件能更好地满足微型化、阵列化、轻量化和集成化的需求。然而,当前微透镜的制作工艺繁琐且成本高昂,这在一定程度限制了其发展。为此,为了探索一种球面微透镜阵列的高精度可重复加工工艺,本文开展了灰度光刻技术和纳米压印技术制作球面微透镜阵列的工艺研究,主要的研究内容如下:基于灰度掩膜光刻原理开展了灰度光刻制作球面微透镜阵列的仿真与实验研究。首先通过灰度编码原理绘制了不同位置透过率不同的黑白二值掩膜图,并制作了灰度光刻实验掩膜版。然后采用Silvaco TCAD软件对光刻胶表面的光场分布进行了模拟,并确定了接近式光刻掩膜版与光刻胶表面的间距。为了验证工艺的可行性,进行了灰度光刻制作球面微透镜阵列的工艺实验,并分析研究了软烘温度、软烘时间、曝光时间、显影时间对光刻质量的影响规律和原因。结合纳米压印理论通过热压印仿真研究了各参数对压印填充率的影响规律。首先探讨了聚合物的力学状态和力学行为、蠕变、应力松弛、时温等效性,并研究了聚合物的成型机理。然后对表征聚合物粘弹性的Maxwell模型、广义Maxwell模型进行了对比研究,结果表明广义Maxwell模型能够更加准确的描述聚合物的力学性能。最后用Abaqus对纳米压印过程进行有限元仿真分析,分别研究了压印温度、压印压力、模具结构占空比、模具结构尺寸对填充率的影响规律,对后续热压印和紫外压印实验参数的选取有一定的指导意义。探索了纳米压印制作球面微透镜阵列的工艺流程,包括:模具制作、抗粘处理、压印实验及ICP干法刻蚀等。首先通过单点金刚石切削的方式进行金属镍模具的切削,然后运用多种方式对模具进行抗粘处理。之后采用热压印与紫外压印工艺制作球面微透镜阵列,通过正交实验得到了最佳工艺参数组合,并实验验证了其准确性,分析了产生成型缺陷的原因。最后用ICP干法刻蚀进行图形传递,为了准确的将压印胶上的微结构刻蚀到硅基底上,以选择比1:1为目标进行了气体成分、流速、功率的探索实验,并用对应的刻蚀参数完成了球面微透镜阵列的刻蚀工艺,刻蚀结果的均方根误差为54.166nm,表面粗糙度约为6.76nm。