碳纤维复合材料（CFRP）凭借其较为出色的物理和化学性质,被广泛应用在各大工程领域,受到了各行各业的广泛关注。CFRP材料主要由环氧树脂和碳纤维复合而成,两者热力学性能差异较大,碳纤维中的纤维丝强度较大且熔点较高,难以去除;而环氧树脂基体的熔点较低,较易去除,这导致对CFRP材料的加工难度较大。激光加工是将激光光束进行聚焦以后再照射材料进行的加工,没有工具损耗的现象,同时避免了传统机械加工时会出现的如分层、拔丝等典型缺陷。双脉冲激光加工首先利用超短脉冲激光照射材料,对材料表面进行改性,提高材料对激光的吸收率,接着利用大功率的短脉冲激光对材料进行加工。纳皮秒双脉冲激光加工是一种能够将纳秒激光加工的高效率与皮秒激光加工的高质量特点相结合的一种对CFRP材料进行高效高质量加工的方法。首先,本文通过等离子体物理和高能激光等理论,研究纳皮秒双脉冲激光与碳纤维复合材料的作用机理。根据Fokker-plank方程、双温模型、drude模型对皮秒脉冲激光与CFRP的能量耦合过程进行了研究,根据傅里叶传热定律分析了纳秒激光与材料的能量传递过程。在此基础上,建立了双脉冲激光作用碳纤维复合材料的能量耦合模型。其次,建立了纳皮秒双脉冲激光与CFRP材料作用的数值计算模型,通过数值仿真计算了纳皮秒双脉冲激光照射碳纤维复合材料过程中,材料表层不同位置处自由电子浓度、光学性质和蚀除形貌等的变化规律,并与皮秒单脉冲激光作用的结果进行了对比分析。再次,分析了纳皮秒双脉冲激光在不同双脉冲和多脉冲组合以及不同双脉冲能量配比下,材料表层自由电子浓度、吸收系数、材料吸收激光能量引起的温升等的变化规律,并通过仿真分析了不同脉冲组合和能量配比对材料蚀除深度和蚀除宽度的影响规律。最后,在理论和仿真研究的基础上,设计了双脉冲激光加工实验光路,搭建了纳皮秒双光束激光加工平台,开展了纳皮秒双激光对CFRP材料的划槽实验。通过外延法对纳皮秒双激光作用碳纤维复合材料的烧蚀阈值进行了测算。选取不同的加工速度、加工次数、重复频率和离焦距离等激光参数,对CFRP进行微槽加工,并分析了不同激光参数对加工结果的影响。合理选取激光功率、加工速度、离焦距离和重复频率等工艺参数可以有效改善双脉冲激光加工CFRP的加工质量和加工效率。本课题对研究纳皮秒双脉冲激光与材料作用时的加工状态以及纳皮秒双脉冲在不同脉冲序列下与材料的作用关系具有一定的指导意义,为纳皮秒双脉冲激光加工CFRP的研究提供一定的理论与技术支撑。