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飞秒脉冲激光在材料精细加工中变得越来越有吸引力，尤其是在微加工、微光学和微电子学领域中。相对于长脉冲激光，飞秒脉冲激光的优势在于，在脉冲持续的很短时间内电子来不及向周围的晶格传递能量，从而积聚极高的能量，并最终导致高度局域化激光破坏。利用飞秒脉冲激光进行微加工具有：热损害小，移除效率高，可加工各种材料以及精确控制加工尺寸等诸多独特优点。本论文围绕飞秒激光微加工这一主题，对金属铬掩模版的烧蚀特性进行了深入细致的理论和实验研究。在现有飞秒激光与金属材料相互作用理论模型的基础上，选择并改进了合适的理论模型来解释飞秒激光微加工金属铬掩模版过程中出现的各种现象和过程。主要内容有以下的几个方面：
分析对比了飞秒激光脉冲与物质相互作用的各种理论模型，并针对贵金属金和过渡金属铬在不同入射激光能流通量下的双温模型方程进行了数值模拟与计算，这为研究飞秒激光对金属材料的微加工提供了理论上的基础。
利用飞秒激光脉冲分别对玻璃和石英衬底的金属铬掩模版进行微加工，发现两种样品表面均有波纹状的微突起结构产生。这些微突起结构离开样品表面的高度为10-300nm不等，并且随着激光功率的增大而增加，在一定功率下达到饱和状态，它们的形貌、尺寸和高度取决于衬底材料以及入射飞秒激光的脉冲参数和能流通量。通过化学方法证明了这些微突起结构是由玻璃和石英的主要成分SiO2组成的，并非样品表面的铬元素。此外，通过适当选取飞秒激光功率和加工速度，还在金属铬掩模版上制作了两种不同周期和线宽的光栅结构。
开展了双脉冲飞秒激光微加工金属铬掩模版的研究，发现在单个脉冲强度稍低于阈值时，双脉冲飞秒激光烧蚀过程中存在着时域的烧蚀窗口效应。即当双脉冲之间的时间延迟少于400ps的量级时，对金属铬掩模版的烧蚀现象就比较明显，并且其表面的反射率会一直保持在一个较低的水平上。当双脉冲之间的时间延迟大于400ps的量级时，对金属铬掩模版的烧蚀就变得不再可能，而且其表面的反射率也急剧上升到一个较高的水平上。通过对双曲线型双温模型方程中的体激光源项进行修改，给出了双脉冲下的双温模型方程，并成功用来解释上述双脉冲飞秒激光烧蚀过程中的时域烧蚀窗口效应。
进行了偏振飞秒双脉冲微加工金属铬掩模版的研究，发现无论是线偏振还是圆偏振飞秒激光，它们在样品表面所造成的微突起结构的高度都是在1-10ps的双脉冲时延范围内呈现明显的下降，而在此时延范围之外并没有什么大的变化，这说明微突起结构的形成与偏振状态无关。而通过对双脉冲双温模型的模拟分析，发现在0-400ps的双脉冲时延范围以及10-5000Jm-2的激光能流通量范围下，实验所用铬掩模版中电子-声子相互耦合的弛豫时间都在1-10ps的范围内，这说明微突起结构的形成过程可能涉及到电子-声子的相互耦合过程，而且电子-声子的耦合过程对减少微突起结构形成的趋势起到非常重要的作用。
利用有限元方法并结合超快热弹性性模型，对飞秒激光微加工金属铬掩模版的过程进行模拟分析，很好地解释了微突起结构的形成原因。特别是在圆锥形微突起结构的形状和高度上，数值模拟与实验结果相符很好，这也从实验上证实了超快热弹性模型的合理性和有效性。