飞秒激光具有极高的峰值强度和极短的脉冲持续时间，它与物质相互作用时，能够以极快的速度将其全部能量注入到很小的作用区域，瞬间内的高能量密度沉积将使电子的吸收和运动方式发生变化，使飞秒激光加工成为具有超高精度、超高空间分辨率和超广泛性的非热熔处理过程。为了提高飞秒激光微加工的精度，以及应用飞秒激光制作出更多的微小器件，飞秒激光和物质的相互作用在实验和理论方面均得到了广泛的研究。本文在飞秒激光和物质的相互作用这个领域中主要研究了飞秒激光同金属铬膜，以及飞秒激光同聚二甲基硅氧烷(PDMS)的相互作用。在研究过程中，发现并解释了两种新的实验现象。主要内容包括以下几个方面：　　 选择在激光微加工中常用的以玻璃为基底的金属铬膜为加工对象，研究了飞秒激光同金属铬膜的相互作用，发现了可逆的衍射光学现象。当透射探测光通过100nm金属铬膜时形成了可逆的暗中心衍射现象，在探测光的反射光中形成了可逆的亮中心衍射现象，这两种现象都是由泵浦飞秒激光所引起的。为了解释飞秒激光同金属铬膜的相互作用机制，提出了一种衍射光学解释，这种解释认为：存在于透射探测光中的，可逆的暗中心衍射是由可逆的金属铬膜的位相改变所引起的，而这种可逆的铬膜的位相的改变是由飞秒激光所激发的。一种二元位相板衍射光学模型被用来解释在透射探测光中的这种暗中心到亮中心的可逆改变。本文通过对容易探测的衍射光学现象的观察，分析了由飞秒激光所引起的可逆的铬膜的位相变化，这种可逆的铬膜的位相变化是较难以其它方式探测的。这部分内容有助于大家对飞秒激光和金属相互作用机制的理解。　　 具有有机硅树脂材料诸多优点的PDMS在实验研究和工业界中有着广泛应用，特别是在紫外压印技术中，PDMS是不可多得的好材料。在紫外压印技术中，如果能直接把微小图形制作到PDMS材料表面，那就不再需要母板了，这样既简化了工艺，又节约了制作母版的成本。本文研究了飞秒激光同PDMS的相互作用，发现了飞秒激光在加工PDMS薄膜表面时所形成的微波纹的现象。通过飞秒激光光斑在PDMS薄膜表面的移动，在加工出的直线两侧，产生了微波纹。飞秒激光光斑在材料表面的移动和由飞秒激光所引起的材料的熔化被认为是产生微波纹的原因。微波纹的形状同飞秒激光的功率和偏振态有关。一种船头波的观点被用来解释这种实验现象。在PDMS表面所形成微波纹的物理机制和在金属和硅上形成的微波纹的物理机制不同。本文中所发现的微波纹应该引起相关研究领域的研究人员的足够重视，它对我们理解飞秒激光同聚合物的相互作用是有意义的。　　 在做光学实验时，通常需要自行搭建光路。当需要搭建一个复杂的光路时，进行系统的光学设计往往是必需的。本文完成了一种新型三维内窥镜的光学系统设计工作，这种新型内窥镜能得到测量目标的三维面形分布，提供测量目标的深度信息。这部分的研究内容如下：　　 现在常用的内窥镜系统只能得到被测物体的二维的像，而丢失了被测物体的三维面形分布和深度信息。本文研究了一种将傅立叶变换轮廓术(FTP)应用于内窥测量的装置。这种基于振幅型光栅投影的三维内窥装置解决了扫描部件复杂、控制精度要求高、测量时间长等技术问题。这种测量装置只需要一帧形变的光栅投影图像就可以计算出物体的三维面形分布。它能够得到内窥对象的三维形貌信息，测量速度快，实施方法简单，有较高的测量精度。因为在这种新型的三维内窥镜中加入了光栅，所以在设计它的光学系统时要考虑光栅的衍射效应。本文在这部分具体介绍了光学系统设计的过程和步骤，并应用光学设计软件Zemax设计出了适用于这种新型三维内窥镜的照明微透镜组和成像微透镜组。本文的光学设计工作对这种新型三维内窥镜走向实际应用具有较大的推动作用。