飞秒激光加工技术以其极窄的脉宽与极高的功率密度,可以实现对任何材料的非热熔性加工,具有加工区域小和精度高等优点,在各种材料微细加工中应用日益广泛,在微小模具制造方面有广阔的应用前景。首先,本文对飞秒激光与材料作用机理进行了深入探讨。在飞秒脉宽条件下,化简描述超短脉冲与材料作用的一维双温模型,并利用有限差分方法进行分析,得到材料表层电子与晶格温度随时间变化规律,从温度角度分析飞秒激光非热熔性加工的本质,并探讨飞秒激光与金属材料作用的烧蚀阈值和液相爆破理论,并采用120fs激光在真空中烧蚀单晶铜试验对其进行了验证。其次,在理论研究基础上,采用Ti:Sapphire激光器发出的50fs脉宽激光,对弹簧钢65Mn材料进行了空气中烧蚀孔试验研究。烧蚀孔径随脉冲能量增加与脉冲数目增多而增大,并通过数值拟合得到材料的烧蚀阈值与累积系数,并对烧蚀孔周期性表面结构等形貌产生原因进行分析。最后,在此研究基础上,利用飞秒激光在空气中进行了直线刻划试验研究。沟槽深度与脉冲能量成线性对数关系,随脉冲能量增大产生了两个不同烧蚀区域,其具有不同的烧蚀率与加工阈值,并对不同区域的形貌特征与材料性能进行了分析;沟槽深度与扫描速度成反比、与扫描次数成正比关系;扫描速度降低与扫描次数增加造成了深度极限;分析了沟槽特征形貌的成因及加工参数对形貌影响规律。并进行了多线刻划微结构试验研究。论文得到的飞秒激光与材料作用机理及烧蚀刻划的加工参数对加工结果影响规律,对应用飞秒激光微细加工具有重要意义。