蓝宝石又称刚玉，为六方紧密堆积结构的氧化铝单晶(α-Al2O3)，因其良好的强度、硬度、高温稳定性、化学惰性及透光性等优点被广泛应用于航空航天、电子、生物等现代化产业领域。近年来，伴随这些领域的高速发展，对蓝宝石加工质量、加工精度、加工尺寸和加工结构多样化等各方面的要求也在不断提升。但是，蓝宝石仅次于金刚石的高硬度、高脆性以及稳定的化学性质为实现其高质量的精细加工带来了极大挑战，依赖传统的加工方式如机械磨削、超声落料等已远远不能满足应用领域所需的精细加工需求，即使采用现有的常规激光切割技术也存在裂纹几率大、加工精度差等问题，严重阻碍了精细蓝宝石结构件的加工发展。本文从超快激光作用于固体透明材料的非线性效应机制入手，进行了皮秒激光在蓝宝石内部激发成丝的系统研究，获得了大于瑞利长度8倍且线径均匀的成丝线迹，复合以化学腐蚀，实现了切面粗糙度可低至亚微米级(Ra=800nm)、加工件尺寸可小至1-2mm的蓝宝石精细加工技术(授权国家发明专利ZL201710158826.4)，研究还系统地探究了皮秒激光参数对蓝宝石成丝线迹的影响规律、成丝引起的蓝宝石改性类型、相变蓝宝石去除机制，为该技术的实现和未来发展提供了机理性的基础研究支撑。　　论文研究确定了355nm皮秒激光在蓝宝石中的自聚焦阈值为2.82×105W，分析了皮秒激光峰值功率、激光几何焦点位置、脉冲间隔和脉冲数对蓝宝石成丝线迹的作用规律。发现当峰值功率在3.0×106W到4.0×106W范围内时，成丝起始位置与激光在蓝宝石中的几何焦点位置几乎重合，为调控成丝位置提供了“原点”。激光几何焦点位置对成丝线迹的起始和终止位置都有影响，几何焦点位置在蓝宝石内部向激光入射方向每提升0.5mm，成丝线迹起始位置会沿同一方向移动900μm，而终点位置则沿同一方向移动760μm。研究了不同脉冲数量和脉冲间隔时间对成丝长度的影响和缩小脉冲间隔延长成丝线迹的原因，分析得出皮秒激光单脉冲成丝持续时间小于5μs。基于激光参数对成丝规律的研究分析，确定激光峰值功率3.5×106W，几何焦点位置-3.5mm，脉冲数1000，脉冲间隔2μs的工艺优化条件，突破性地获得了长度7628.91μm，线径33.73μm(长径比高达226)的蓝宝石成丝线迹。进一步分析了蓝宝石成丝线迹的改性特征及其产生原因，确定蓝宝石成丝区域的晶相由α-Al2O3和γ-Al2O3共同组成。针对改性线迹晶相的变化，引入合适的化学腐蚀条件，探究了腐蚀液配比、腐蚀温度和超声频率对加速腐蚀的影响。　　最后，研究针对目前蓝宝石结构件精细加工的难点:低表面粗糙度、近零锥度、锐角切割、小尺寸精细结构，进行了本文所述皮秒激光成丝复合化学腐蚀技术应用实例的验证。采用皮秒激光蓝宝石成丝优化工艺条件，通过调节相邻激光入射点间的间隔将成丝线迹连接起来，形成沿加工路径、贯通蓝宝石上下表面的改性区域，进而结合所确定的加速化学腐蚀条件(水浴加热80℃、超声频率100kHz)，获得了蓝宝石精细加工样件。三个加工实例分别体现了蓝宝石高精加工中低表面粗糙度（切面粗糙度800nm）及近零锥度切缝、高精度锐角切割和尺寸1-2mm超小结构件的实现。采用皮秒激光成丝复合化学腐蚀高精切割蓝宝石，对进一步拓展蓝宝石在各领域作为结构件及功能件的应用提供了良好的研究基础。