科技的发展使得红外成像、红外通信、红外制导、红外遥感等红外技术在各行各业日益重要,尤其在军事国防、航空航天方面。硫化锌(ZnS)晶体从可见光到中红外波段的宽光谱范围内有高的透过率及良好的综合性能,是目前最具应用潜力的红外材料之一。聚焦的超快激光具有超高的峰值功率密度及超短的脉冲时间弛豫,可以空间选择性的实现对材料的局域改性及三维加工,是微纳领域的首选加工工具。相较于高斯光束,贝塞尔光束具有无衍射传输距离长,自修复特性好,在微通道长度扩展,大面积、高分辨率精密加工,微纳尺度新光子功能的混合特征方面表现出了强大的适用性。基于这样的研究背景,本文着眼于红外光学材料的应用,从超快激光与透明介电材料相互作用机理出发,在ZnS晶体上成功制备了高深径比的纳米孔隙微通道结构,对中红外光子晶体的制备具有重要的指导意义。其次,鉴于ZnS晶体高的折射率导致其与空气界面高达14%的菲涅尔反射,会对光学系统产生不利影响,甚至造成损伤。针对这一问题,我们在ZnS样品表面制备了微米级的浮雕光子结构以提高其在红外波段的透过率。本文的主要研究内容如下:(1)对贝塞尔光束的基本属性及产生方法进行研究,结合轴棱锥和4f系统对高斯型脉冲激光进行空间调制,形成零阶贝塞尔光束。实验结合数值模拟,选择合适的实验元件参数。成功搭建超快贝塞尔激光加工系统。(2)不同材料的物理属性不同,ZnS晶体大的禁带宽度(3.6 e V～3.8 e V)和高的非线性吸收系数,使得超快激光在其内部传输时,激光脉冲的时间和空间分布会发生严重的畸变,自聚焦和等离子体产生的自散焦等非线性效应将会导致光束空间分裂,激光能量不能有效集中在焦点区域内。这对高深径比的微纳结构加工是非常不利的。在这样的研究背景下。我们利用零阶贝塞尔光束通过实验探索在ZnS晶体上制备了高深径比的纳米孔隙结构,结合SEM,FIB,PCM,EDS表征手段,确定了孔隙结构出现的脉冲宽度窗口(12.5 ps～20 ps)及脉冲能量窗口(36μJ～63μJ)。在此基础上,分析探讨了孔隙的形成机制,重点研究了激光加工参数对孔隙结构的表面形貌、直径及内部特征的影响。(3)实际应用中,ZnS晶体界面严重的菲涅尔反射损耗会造成一系列不良影响,因此,对其进行减反增透必不可少。本文以传统的镀膜减反技术的优缺点为切入点,分析超快激光在ZnS晶体上制备亚波长减反微结构的可能性及优势。开展了对ZnS晶体表面减反微结构的研究工作。提出了一种可用于ZnS晶体表面减反的微米级浮雕光子结构。首先,通过实验分析了高斯光束和贝塞尔光束在加工这种浮雕型环状微结构方面的优缺点,证明了零阶贝塞尔光束在加工这种大面积,重复,可重构的浮雕形环状微结构方面更具优势。随后,利用超快贝塞尔激光加工系统在ZnS晶体样品表面直写了5×5 mm~2的环状阵列微结构,实现了宽带,大角度的增透。研究了激光加工参数及阵列周期对微结构减反性能的调控。实验结果显示,这种浮雕光子结构可以使得ZnS晶体在1.5μm～10μm的波段范围内透过率均提高10%以上。