本文基于三维“x-分区”模型和SW势,编写了可以处理晶体硅的飞秒激光烧蚀过程的分子动力学程序,在国内首次开展了飞秒激光烧蚀晶体硅的分子动力学模拟;通过与实验结果和其它分子动力学模拟结果的比较,证明了分子动力学模拟是一种很有价值的研究方法。对比研究了硅的五种经验势函数,考察了原子间距、键角对系统总能量的影响。结果表明,SW势由于截断半径适中、参数较少、形式简单且具有一定的物理基础,因而应用广泛。本文选择了SW势进行分子动力学模拟,并推导出基于SW势的受力计算公式。模拟了给定系统向NVT系综和NVE系综演化的过程以及系统自由演化的过程,以便调试程序和考察各趋衡过程的性质。其中,FREE过程能很好地保持系统的总能量守恒,并驱动系统很快达到合理的平衡,通常用于动力学加载后的趋衡过程;NVT模拟可以保持温度恒定,适用于描述系统在特定温度下的趋衡过程。在激光烧蚀过程的模拟中,将会用到这两种平衡态分子动力学模拟。发展了用于描述激光能量沉积过程的三维“x-分区”模型,研究了飞秒激光光斑完全覆盖Si(100)表面和小于Si(100)表面两种情况下的烧蚀现象,得到了飞秒激光烧蚀现象的一般特征。烧蚀过程自材料内部气泡的产生开始,由气泡的发展最终导致。烧蚀材料可分成晶体区、熔化区和烧蚀区三部分,三个区域中原子的运动分别具有固体、液体和气体粒子的运动特征。观察到烧蚀过程中激光诱导应力波的产生与传播。熔化区的应力波是由原子的飞散引起的稀疏波。晶体区的应力波以声速传播。系统地分析了激光参数和激光加载方式对烧蚀现象的影响。结果表明:对于能通量相同的短脉冲和长脉冲激光,短脉冲的烧蚀现象比长脉冲剧烈,热效应比长脉冲小;脉宽一定的情况下,随着激光能通量的增加,烧蚀现象加剧,存在一个能恰好使材料烧蚀的能通量,即烧蚀阈值;空间谱决定激光能量的空间分布,不同的空间分布将会产生不同的烧蚀现象;随着波长的增加,光子能量降低,相应激光在晶体硅中的吸收系数减小,烧蚀过程的热损伤和热影响区域大大增加。激光加载有长时间加载和瞬时加载两种方式,两者的区别在于激光能量沉积过程是否伴随系统的趋衡过程。瞬时加载和长时间加载对飞秒激光烧蚀现象的影响差别很小,因此可以用瞬时加载代替长时间加载以简化计算。但是瞬时加载在很大程度上夸大了皮秒激光的烧蚀现象,故不能用瞬时加载简化皮秒激光的作用过程,可以采用将长脉冲激光离散为飞秒激光的方法来简化计算。