飞秒激光对材料的超精细加工是飞秒激光技术在材料加工领域的一个重要应用。飞秒激光超精细微加工与先进的器件制造技术紧密相关,对国防、医疗和工业加工等领域的发展起到了直接的推动作用。飞秒激光对不同材料的微加工过程,其物理机制研究涉及到原子分子物理、材料科学和等离子体物理等不同学科的交叉。因而研究飞秒激光对不同材料的微加工过程不仅对其物理机制的理解具有重大的意义,而且对材料的微加工应用也有指导作用。通过发展新的激光操控手段(飞秒激光整形技术),并研究整形激光对不同材料的微加工过程,有助于增加人们对材料加工过程的理解,同时也有助于发展新的微加工手段,提高材料微加工的精度和速度。基于对激光聚变靶材微孔加工的应用需求,本论文将飞秒激光脉冲整形技术应用于不同材料的精密微加工,对飞秒激光双脉冲和整形激光脉冲作用下金属材料、碳氢聚合物材料薄膜以及碳氢聚合物材料微球的烧蚀机制和微孔加工精度进行了大量的研究。论文的主要内容包括:利用飞秒激光双脉冲研究了金属铝和铜的钻孔过程。通过分析钻透样品的透射光信号和微孔形貌图,详细讨论了铝和铜在飞秒激光作用下的烧蚀机制。通过对两种金属的烧蚀形貌观测,发现孔直径随着双脉冲延迟时间增加而减小,钻孔速度随着延迟时间增加而变慢。在短延迟时间内在孔周围有大颗粒的沉积物,而在长延迟时间内在孔周围只有细小的沉积物。研究发现等离子体的屏蔽作用在孔的形成和纳米颗粒产生都有重要作用,同时还发现在铝的钻孔过程中氧化物的形成也会对烧蚀产生影响。通过改变整形飞秒激光脉冲形状、激光重复频率、激光偏振、激光能量通量和激光焦点距样品表面位置等实验条件对金属铜箔进行了钻孔研究。我们测量了不同实验条件下激光的透射信号和铜箔的烧蚀形貌,探究了金属材料的烧蚀机制,并最终获得了实现高质量圆微孔的微加工技术。研究发现,利用脉冲间隔td=0.6 ps的五脉冲序列钻孔可以获得较少喷溅物的微孔,高重复频率的激光脉冲作用可以减小喷溅物的颗粒尺寸,圆偏振激光脉冲钻孔可以获得圆度很好的微孔。通过反复优化实验条件,可以获得尺寸小、圆而且入口和出口尺寸接近并且孔周围无明显喷溅物的微孔。在整形飞秒激光脉冲烧蚀辉光放电聚合物平面薄膜的研究中,我们发现激光的脉冲形状对聚合物材料的烧蚀效率和精度有非常重要的影响,利用整形脉冲可以提高薄膜的加工效率和精度。研究还发现在真空环境下加工可以得到无明显喷溅物的微孔。材料加工效率和精度与激光的焦点位置也有着非常重要的关系,当激光先聚焦后作用在样品表面时会得到“小”而“圆”的微孔。通过在实验中选择合适的焦点位置,可以极大程度的优化烧蚀效率并得到高精度的微孔。我们采用膜加玻璃基底的组合方法来模拟聚合物材料微球的前表面和内表面;通过对烧蚀之后的基底进行表征,成功的模拟了烧蚀过程中微球内部喷溅物的产生情况,并且获得了微球内壁无损伤的加工条件。通过对烧蚀后的基底进行表征,发现在真空度为2.5 Pa和激光能量为6.0μJ时利用多个子脉冲组成的脉冲序列钻孔,不仅可以减少在微孔加工过程中向微球内壁的喷溅物而且可以减小激光对微球内壁的加工热影响区域,并获得了高质量微孔。当激光能量降低到4.0μJ时,已经完全观察不到激光对基底的烧蚀痕迹。所以用此能量进行微孔加工可以得到更高质量的微孔,从而不影响微球在激光聚变中的进一步应用。在整形飞秒激光脉冲对聚合物材料微球的微孔加工中,我们建立了微球空间定位技术,确保激光的入射方向严格垂直于球表面、通过球心。在此基础上,我们进行了整形飞秒激光对不同壁厚微球的烧蚀钻孔研究。发现钻透不同厚度的样品所需要的最低能量不同。随着钻孔深度的增加,激光在孔内传递过程发生的反射、折射和散射等过程,激光传递到孔底部进行烧蚀的激光能量降低,导致钻透越厚的微球所需激光能量越高。我们成功的实现了微球上高质量的微孔加工,研究还发现利用整形激光脉冲可以大大提高微球的加工精度,通过飞秒激光整形技术可以实现对微球的超精细加工,制备可用于实际应用的微球靶。以上的研究表明,飞秒激光脉冲整形技术应用于材料的微加工,增加了加工过程的操控手段,可以根据实际需要设计出合适的整形激光以获得最好的加工条件,从而大大提高材料的加工精度。因而,飞秒激光整形技术可以被广泛的应用于不同材料的微加工应用和研究中。