飞秒激光技术是研究超快现象的有力工具，同时也为强场物理领域的研究提供了重要实验手段。飞秒激光技术在材料微细加工，X射线产生，纳米颗粒制备等一系列关键技术领域内展现出了极大的应用前景。为此，飞秒激光和物质相互作用的研究极大地吸引了人们的注意，世界各国的相关科研人员已相继提出了一些用于描述飞秒激光烧蚀固体靶物理过程的模型和理论，如相位爆炸，库仑爆炸，热弹力波理论等。然而，完整的飞秒激光脉冲和物质相互作用的烧蚀理论的形成仍然需要更多的研究工作。　　 本论文描述的研究工作包括真空和大气中飞秒激光脉冲烧蚀铝靶和硅靶的实验研究和飞行时间质谱仪的构建。论文的主要内容和结果如下：　　 1．首次在1atm到4×10-4Pa气压范围内采用拍摄时间分辨阴影图的方法研究了飞秒激光对铝靶的烧蚀。研究了不同的实验条件对铝靶烧蚀过程的影响。实验中发现，大气对烧蚀过程有很大的影响。在一定的气压下，烧蚀过程中形成的物质喷射边界(即接触前端，contact front)较其他气压下更为清晰。当气压为4×10-4Pa时不再观察到这一物质喷射边界。这表明靶材周围的空气对喷射物质的阻滞作用是形成接触前端(contact front)的关键因素。　　 在1atm气压下1-2ns延迟下观察到了出现在阴影图中的近同心半圆条纹，这些条纹是由探测光经过烧蚀过程中等离子体羽喷射形成的特定折射率区域时衍射形成的，当气压下降到一定程度时这些条纹消失。但如果在烧蚀主脉冲前有一个小的预脉冲存在，那么即使在10-4Pa气压下也会观察到近同心半圆条纹结构。这些结果充分说明了同心半圆条纹的形成与靶材周围的气体和烧蚀喷射的物质都是相关的。　　 实验中发现，无论在真空中还是大气环境下，在50ps延迟时物质的喷射在靶面形成一个边界光滑的黑色隆起。实验中的靶面能流密度为32J/cm2，基于已有的理论计算可以估计出50ps的物质喷射是由靶面物质的原子/离子化形成的。在5ns延时，在真空和大气中的烧蚀阴影图中可以看到一些似气态的喷出物质包围着一个致密黑色核状结构，由此可初步判断在烧蚀过程中喷射物质颗粒中包括速度快而尺寸小的颗粒和尺寸大但速度慢的颗粒。　　 2．通过时间分辨泵浦探测阴影图法研究了飞秒激光分别在真空和大气环境下烧蚀半导体硅材料的过程，将飞秒激光烧蚀硅靶和铝靶的过程进行了比较。研究表明空气的存在对飞秒激光烧蚀硅靶的过程有着很大的影响，在真空和大气中拍摄到的飞秒激光烧蚀硅靶阴影图明显不同。在1atm气压下，类似于烧蚀金属铝靶的情况，1-2ns延时下也观察到了冲击波波前，近同心半圆条纹和喷射物接触前端(contact front)，这说明飞秒激光烧蚀物质过程中出现条纹结构是一种普遍的现象。在高真空条件下无论是同心半圆条纹还是喷射物接触前端都不再出现。在1atm气压下的烧蚀过程中，可以明显的分辨出三轮间歇性的物质喷射过程。根据已有的激光烧蚀理论，这三轮物质喷射分别对应靶表面层的原子/离子化(atomization)，相位爆炸(phase explosion)和光机械机制(fragmentation)，以及烧蚀过程中产生的靶材内部高压应力的释放。　　 3．设计制订了飞行时间质谱仪的方案，采用了两极加速和离子延时引出技术。完成了飞行时间质谱仪的安装和调试，利用氦气、氮气和氩气的混合气体对质谱仪进行了标定。通过优化质谱仪加速电极电压，偏转板电压以及离子透镜电极电压使质谱仪分辨率达200以上。利用飞行时间质谱仪对飞秒激光烧蚀做了初步的研究。