Ti6Al4V具有出色的机械、物理和化学特性,被广泛用于国防、航空航天、生物医学等领域,但是其本身固有的一些缺点,如高摩擦系数、低硬度和耐磨性等,在一定程度上限制了其工业应用范围。表面微结构加工作为一种典型的表面改性方法,可赋予材料表面一些新颖的功能,提升其应用潜力。由于具有绿色、灵活、高效等特点,激光表面微结构加工成为此领域内的研究热点,但是目前仍然面临一些困境,包括微结构形成机制尚未统一、缺乏大面积制备手段、表面微结构机械鲁棒性较差等问题。本文在已有研究基础上,尝试利用纳秒激光在Ti6Al4V表面制备大面积的周期性微结构,具体研究内容如下:首先,利用纳秒激光在氮气氛围内对Ti6Al4V表面进行辐照,成功制备了多孔结构和激光诱导周期性表面微结构（laser induced periodic surface structures,LIPSS）两种典型的周期性微结构。进一步,研究了激光功率、扫描速度、扫描重叠率以及重复频率等激光参数对上述两种结构的影响。在此基础上优化得到两种周期性微结构的大面积制备工艺参数,并分析了其形成机理。与此同时,通过改变激光参数实现了多孔结构孔隙率的调节,通过改变入射激光角度实现了LIPSS空间周期的调控。在上述研究的基础上,针对纳秒激光诱导Ti6Al4V表面LIPSS的形成进行了理论分析及数值仿真。在综合分析等表面离子激元（Surface Plasmon Polariton,SPP）、双温模型、Drude模型的理论基础上,结合氩气氛围下的对比试验及X射线能谱分析（Energy dispersive X-ray analysis,EDX）和X射线衍射技术（X-ray diffraction,XRD）表征结果,基于飞秒激光诱导LIPSS的理论,建立了入射激光与SPP干涉耦合模型,阐明了LIPSS的形成机理,并分析了纳秒激光的热效应对LIPSS形成的影响。在此基础上,对不同激光入射角度下的LIPSS空间周期进行了计算,预测了其空间周期随激光入射角度的变化。通过有限元分析软件,建立了双温模型、激光辐照Ti6Al4V表面激发表面SPP的仿真模型,分析了LIPSS形成机理中SPP的激发与传播问题。之后,开展了大面积多孔结构及LIPSS表面特性的试验表征与分析。利用接触角测量仪测试了微结构表面的湿润性,利用纳米压痕仪和划痕仪表征了表面的力学性能。特别地,对LIPSS进行了结构色的表征。试验结果表明,大面积多孔结构及LIPSS对化学修饰前后Ti6Al4V表面的亲水性和疏水性都有所提高,多孔结构和原始Ti6Al4V表面硬度保持一致,LIPSS结构增强了Ti6Al4V表面的硬度,并减小了其表面的摩擦系数。综上,本文使用纳秒激光在Ti6Al4V表面制备了两种典型的周期性微结构,研究了微结构随激光参数的演化过程与规律。获取了两种微结构的大面积制备工艺参数,并对其形成机理进行了建模仿真,进一步表征了微结构对表面特性的影响。研究结果增强了对纳秒激光—Ti6Al4V表面交互过程与机制的理解,对于丰富Ti6Al4V的功能应用具有实际意义。