激光加工因其效率高、加工灵活、无接触加工和局部作用等特点在工业加工领域被广泛应用。与纳秒（10-9秒）激光加工相比，皮秒（10-12秒）激光加工具有更小的热影响，同时，能获得与飞秒（10-15秒）激光相媲美的加工质量且皮秒激光器结构简单、稳定可靠，成为近年来激光微加工领域研究的重点。本文针对金属材料特别是航空航天领域应用最多的钛合金材料，利用自主研制的全固态千赫兹、大能量皮秒激光微加工系统，开展了皮秒激光微孔钻孔技术的研究。论文研究内容包括以下几部分：（1）介绍了激光加工的光束特性，分析了激光与材料相互作用机理，以及基于一维双温方程的皮秒脉冲激光烧蚀机理。（2）研究了皮秒激光偏振态对金属打孔的影响。通过对不同特性的两种金属材料——不锈钢和铜进行打孔实验，得到与已有报道不同的实验现象，即对不锈钢材料激光偏振态对钻孔出口圆度影响严重，而对铜材料的影响可以忽略。对此现象进行分析，得到了偏振状态对出口圆度影响的关键因素。（3）研究了冲击打孔和螺旋打孔对1mm厚钛合金材料加工的热影响。观察测量了不同打孔方式对小孔再铸层厚度、热影响区大小的影响。采用冲击打孔得到平均再铸层厚度为20μm；利用螺旋打孔，得到平均再铸层厚度为10μm。此外，研究了不同切割速度对螺旋打孔再铸层的影响。相比低速切割，在高的切割速度下小孔内壁更为光滑，即在一定范围内，较高的加工速度可以基本消除再铸层。无论是冲击打孔还是螺旋打孔，孔壁周围材料的组织与母材组织一致，没有明显的变化，说明使用脉冲宽度为15ps的激光器进行打孔时，小孔内壁没有产生热影响区。（4）开展了冲击打孔、环切打孔和螺旋打孔工艺实验。观察测量了不同打孔方式对小孔表面形貌、圆度、锥度以及粗糙度等的影响。利用冲击打孔得到了深宽比高达13:1的微孔，利用环切打孔得到直径300μm的针孔阵列图，利用螺旋打孔在1mm厚钛合金上得到小孔锥度0.34o。测量了不同打孔方式下孔内壁的表面粗糙度，分析了表面粗糙度与再铸层的关系，即孔内壁有较厚的再铸层时，表面粗糙度约为2.08μm；有较薄的再铸层时，表面粗糙度为0.97μm；没有再铸层时孔内壁光滑，表面粗糙度很小，约为0.39μm。分析了这几种打孔方式在微孔加工中各自的优势和最佳工艺参数，为微孔加工提供了可靠的依据。