在漫长进化过程中,生物可以灵活的运用生活中的原材料来满足各种需求。人们把大自然当做老师,从中学会了许多东西,运用于生活实例。“生体模仿学”是模仿大自然从中获取灵感而兴起的一门科学技术。这一边缘科学,吸引了众多科学家来探索,并模仿创造出很多人工生物材料。大多生物表面结构,都是由一系列简单几何形体的复杂组合而成,并具有特殊的功能,如荷叶的自洁净表面,光滑的鲨鱼皮等等。近来,仿生材料投入了大量的研究。但是找到一种简单、实惠、快速无掩膜的方法仍然有很大困难。多光束干涉光刻因其可以在众多材料上制作一维二维三维复杂结构而备受瞩目,它通过调控一些波长周期等参数实现结构的控制。它可以在很短的时间内加工出大面积的结构,因此很好的应用于仿生学领域。本文将讨论多光束干涉光刻条件并应用与SERS和仿生具有不同性能的结构。首先,我们研究了多光束干涉技术应用于多种不同的材料上,将许多结构用两束或四束光进行干涉,还对不同参数影响做了进一步控制探索。我们用双光束单次曝光制作出一维布拉格光栅,它的周期可以用波长和两束光夹角简单的进行控制,光照强弱对占空比有明显作用。对于正胶,当曝光强度增强,则占空比减小。双光束干涉还能制备出许多复杂的结构,两次曝光0°和90°夹角控制,可以制备出立方结构,-60°,0°和60°三次曝光,则可以产生二维六边结构,通过改变干涉光束的夹角来控制它们的晶格常数。多次曝光运用不同的周期就可以制备出多层次的花样。四光束干涉单次曝光可以制备出二维结构,用单色光辐照可以看到很漂亮的二维衍射图样,具有很高集成度。与双光束不同的是,四光束干涉除了可以通过激光波长和入射角度,还可以通过曝光比例来控制图样,不同光强比例的光可以制备出各向异性二维柱形阵列。我们通过改变小于周期的位移量,可以在上面得到另一种图形,因此我们微小改变位移量最后可以得到恰好使周期减半的图样。MATLAB的仿真结果都与我们实验结果十分近似。所以,许多周期型结构可以精确控制试验参数采用双光束或四光束干涉得到,并且多次曝光可以为激光加工做很好的补充,制备出更多新颖的图样。其次,在我们的研究工作中将激光干涉应用于大面积SERS基底。当被测分子附着在具有纳米级粗糙度的金属表面时就可以得到增强的拉曼信号,表面等离子体激发共振。当表面等离子体共振与局域电场相匹配,就可以得到拉曼放大信号。我们使双光束干涉在XY方向上移动,用LABVIEW软件进行图形编程,并计算机控制与光闸搭配作用就得到了大面积的图形。程序通过两种锯齿形扫描材料。这样的加工程序使得我们可以很轻松地控制光强但需要一定的加工时间完成,这依赖于扫描速率。在2.5×0.5cm2的范围内,用连续扫描模式制作出4种不同周期(300,400,515和600nm)的图样作为SERS衬底。通过真空蒸银的方式在上面蒸镀一层银膜,约15nm厚。这样得到的金属纳米结构可以很好的增强拉曼信号。我们通过测量R6G的SERS光谱,看到不同的光栅周期可以得到不同增强效果的拉曼信号,最好周期是515nm,这恰好与拉曼激发限匹配。基于FDTD方法的MATLAB模拟结果与实验结果数据一致。我们通过测量不同部位的SERS光谱确定SERS基底的稳定性与可重复性。我们随机的测量不同周期、不同位置的信号,可以得到基本稳定的SERS光谱。这一结果可以很好地应用于阵列传感应用。第三,我们在这篇文章中介绍了多次曝光实现双光束干涉不同周期的调控。与其他方法相比,我们的方法采用无掩膜技术,并且很轻松的控制图案形貌,而且可以在几秒钟快速的制备大量大面积(9×9mm2)样品。我们设计两个不同的光路,很容易通过改变光路控制入射角,得到不同周期结构。一个控制微米级的结构,另一个控制纳米级结构。我们加工的材料放在一个可以转动的台面上,这样可以旋转不同的角度得到不同结构的图案。多种不同层次构造的结构,可以通过选择不同的第一第二加工图形。可以一次、两次、三次曝光分别得到微米或纳米大小的一维光栅,二维方形图案,六边形图案,我们成功的制备出在3um图形上加工300nm图形的双层结构。我们还采用相移来制备更复杂的形貌,通过简单的改变两图案入射角度。我们还用这种方法得到了三层图样,周期分别选取为4um,1um和300nm。我们进一步对得到的图案进行研究,发现它们具备超疏水、亲水性、结构色彩、光学定向性和偏振性。与生物叶片一样大于153°的疏水角,因为它们在纳米和微米级粗糙特点,水滴符合卡西巴克斯特模型。在一维纳米结构中夹杂细微构造,具有更好的亲水性,它介于卡西巴克斯特模型和文策尔模型之间。由于多尺寸光栅结构衍射,造成我们的肉眼可以在白光下观察到如彩虹般美丽的色彩,这与自然界中许多昆虫和花朵的结构色彩相一致。我们制备的微结构与自然界中许多物种具有一样的折射偏振效果。飞蛾的翅膀与我们制备的多层次结构相似。仿生翅膀结构可以用作不可逆转的偏振片,它的衍射和强度对入射角度具有依赖性。我们还发现对于所有入射角度S偏振比P偏振具有更好的衍射效果。因此,在自然光的辐照下,我们的样品可以当作类似飞蛾翅膀的线性偏振结构。我们制备的多层次仿生结构可以应用于许多学科,诸如微流控、防污、装饰元素,微米纳米光学,偏振滤光片之类……