本发明公开了一种基于反应离子刻蚀的薄膜微光学结构的制备方法，将飞秒激光加工技术、反应离子刻蚀与化学机械抛光技术相结合，使得片上大尺寸高品质微光学器件的制备和大规模集成为可能。制备方法主要包括在薄膜表面镀金属层、飞秒激光选择性烧蚀金属膜或光刻选择性去除金属膜、化学机械抛光、电感耦合等离子体刻蚀等。本发明方法制备的片上微光学器件具有极高的表面光洁度，极低的光学损耗。该方法适用于在各种片上薄膜(包含但不限于铌酸锂单晶薄膜、石英薄膜、硅薄膜、二氧化硅薄膜、金刚石薄膜等)上制备高品质的微光学结构(包含但不限于微盘腔、微环腔、光波导及其耦合器件)。