对于一种先进的微纳加工技术,能否适应多种材料的制备能力是衡量该技术的最关键指标之一。本文利用飞秒激光加工技术材料适应性广的独特优势,进一步探索其在多种新型材料上的微纳制备工艺研究,实现了各种功能性微器件的制备,并对其相关应用进行了深入研究。具体内容如下:(1)针对半导体材料钙钛矿单晶(CH3NH3PbI3),由于其硬脆,怕潮的特性,本文提出利用飞秒激光烧蚀技术实现表面微加工。系统地研究了包括激光功率密度,曝光时间等工艺参数与加工分辨率的关系;通过控制激光的重复频率,实现了彩色钙钛矿表面的制备;通过测试表征和理论分析,探究了激光改性对钙钛矿材料荧光特性的影响。(2)针对透明固体材料铌酸锂(LiNbO3),本文提出利用飞秒激光在其内部制备出三维非线性光子晶体,克服了传统微制备工艺难以实现内部三维微加工的难题。首先,通过制备一维光栅结构并进行衍射强度处理,初步测定了激光加工对铌酸锂晶体折射率的改变量。接着,设计并加工出了二维非线性光子晶体,共聚焦扫描结构验证了加工区域的二次非线性系数发生了改变,而基波入射后的二次谐波出射图像,进一步地证明了加工结构“参与”了二次谐波准相位匹配过程。通过改变基波的入射方向,观察到了非线性Talbot效应。最后,通过优化工艺参数,制备出了四方型三维非线性光子晶体,并实验验证了其准相位匹配倍频过程。本文还对非线性光子晶体生成非线性结构光的工作进行了初步探究。(3)针对光敏聚合材料(SZ 2080),提出利用结构光代替传统单点光源,从而提高三维结构的制备效率和灵活性。利用空间光调制器(LCos-SLM)生成了飞秒马修光束;基于德拜衍射定理,从仿真和实验两方面研究了在紧聚焦情况下,加工光路中的4f系统以及马修光束的特征参数对聚焦光场的影响;利用拉伸扫描策略结合动态全息,实现了三维微笼结构的高效加工。相比于传统的单点扫描策略,加工时间减少了2个数量级。在此基础上,研究了三维微笼结构在操纵粒子领域的应用:利用微笼结构实现了对SiO2粒子的有效捕获和分选;利用微笼结构作为三维支架成功实现了对酵母菌细胞的捕获以及培养。相关成果对研究细胞在三维环境下的行为特征有重要的应用价值。(4)针对光敏玻璃(Foturan光敏玻璃),本文利用化学刻蚀辅助飞秒激光加工技术,完成了玻璃内部多层管道的加工,同时结合光聚合材料(SU-8光刻胶),在微管道内集成了三维微结构,最终实现了对2种材料的组合加工。在制备三维多层微管道时,定量优化了激光能量,保证处于不同深度的加工区域改性一致。提出“补偿层”扫描策略,确保不同深度的微管道可以同时完成化学刻蚀,提高三维多层结构的均一性。在利用光聚合材料进行后续微结构集成时,由于封闭环境与表面环境的区别,定量优化了前烘时间、加工能量与显影时间三个工艺参数。由于可以使用具有生物兼容性的光聚合材料替代SU-8,因此相关工作为下一步制备三维多功能复合微流控芯片奠定了基础。