长期以来,各类材料上的激光诱导周期性表面微结构（laser-induced periodic surface structures,LIPSS）已被进行了大量研究,尽管其在诸多领域已经有了实际应用,然而对于其形成机理仍有争议,尚无定论,因此对于其形成机理的研究是十分必要的。先前对于LIPSS的研究主要采用样品表面异位激光辐照的方法,这可能导致实验结果受材料表面随机缺陷或粗糙度的影响,给实验结果带来干扰,为解决这一问题,本文以原位辐照和原位观测为手段,围绕“材料表面的缺陷”和“先前形成的结构对后续激光脉冲与材料相互作用的影响”这两大核心思想进行实验。本文主要工作内容如下:（1）提出了一种可实现原位实时高分辨观测的斜入射照明显微成像装置,利用该装置,原位研究了800nm飞秒激光在抛光的6H-SiC表面上逐脉冲辐照时LIPSS的周期变化情况,发现条纹会随着激光脉冲数的增加往烧蚀斑中心靠近,即条纹间距也随之逐渐较小,并得到了一种间距约为380nm的条纹,这是一种较为特殊的条纹,间距介于已报道过的SiC表面低空间频率条纹（LSFL）和高空间频率条纹（LSFL）之间。原位观测表明,这种条纹可能起源于轻微发散的加工光经过物镜入瞳时产生的同心圆环形菲涅尔衍射光场,随后我们使用有限差分时域方法（FDTD）进行了建模和模拟,模拟结果表明条纹凹槽内光场的局域场增强引发凹槽加深,加深的凹槽导致条纹间距减小。然后,通过比较同脉冲数下原位逐脉冲辐照和异位连续辐照对比研究,发现原位辐照时形成的结构会比异位辐照时形成的结构生长的更快。最后,在相同激光参数下,原位观测光滑表面和表面缺陷位置上激光辐照时LIPSS的生长情况,发现缺陷位置上会在第一个脉冲便形成明显的条纹,而光滑表面则需要在第三个脉冲才能形成明显的条纹。这个现象可归为“孵化效应”,即先前形成的结构或缺陷对后续结构有着重要的影响,入射光与其在先前形成的表面结构所产生（或散射）的电磁波相干涉,导致材料表面的能量非均匀分布,从而形成了LIPSS。（2）在斜入射照明显微成像装置的基础上,结合结构光照明超分辨显微成像技术（structured illumination microscopy,SIM）,提出了一种可以进一步提高观测质量的显微成像装置。同时还对SIM技术的基本原理、图像重建算法以及对可能影响实验和图像重建的重要因素进行了系统研究。在实验部分,首先在预加工好的凹槽的上分别使用水平和竖直偏振的激光辐照,并与光滑表面的辐照结果对比,发现凹槽位置相较于光滑表面更快形成LIPSS。接着,利用垂直偏振光对水平偏振光形成的LIPSS进行了原位擦除实验,结果表明擦除总是最先发生于原有结构中的缺陷位置。最后,开展了“错位叠加辐照”实验,即将激光相对于原来已形成的烧蚀斑错开不足烧蚀斑直径的距离进行继续辐照,实验结果表明后续脉冲形成的条纹会沿着先前形成的条纹生长,先前脉冲所形成的条纹充当了后续条纹的“种子”。并且当后续的烧蚀斑中心落在先前的烧蚀斑的边缘时,条纹会生长的更快,这可能是因为高斯型光束的中心能量较大导致的。本文提出的两种实验装置均可以达到对原位高分辨观测的目的,基于这两种装置的实验结果都表明了材料表面的缺陷和先前形成的结构会对后续的LIPSS生长有着重要的影响,我们认为这是由于材料表面的入射光会与缺陷或先前结构形成的电磁波相干涉而引起的。