石英玻璃具有的低热膨胀系数、高电绝缘性、耐磨损及抗氧化等优良特性,使其成为本世纪最具潜力的光学材料之一,在光子器件、电光源、光伏、光纤通信等领域得到深入的应用。但由于石英玻璃材料的“脆”和“硬”的特点,加工后表面粗糙度较大,大幅度加工不均匀等问题,难以直接满足日益增长的工业需求。针对石英玻璃材料精细化加工难度大的问题,飞秒激光固有的超短脉宽以及极高峰值强度,在石英玻璃微纳尺度加工领域中,拥有“冷加工”和“超精细”的优点。因此,本文以石英玻璃为实验材料,飞秒激光加工平台为实验手段,对石英玻璃制备工艺进行系统性的研究,探索其在各领域的应用和提高微结构的加工质量,主要研究内容包括以下几个部分:（1）基于固体能带论和能量守恒定律,分析了飞秒激光刻蚀石英玻璃过程中多光子电离与碰撞电离的参与程度,简单阐述了飞秒激光刻蚀石英玻璃过程中的物理机制。通过matlab软件计算了不同激光能量密度下,多光子电离速率和雪崩电离速率的变化规律。通过数值计算,得到飞秒激光刻蚀石英玻璃过程中的损伤阈值为10.23J/cm~2。（2）对激光脉冲能量密度的高斯分布特性进行了分析与讨论,基于面积推算法,通过拟合实验测量数据,获得石英玻璃单脉冲损伤阈值10.61J/cm~2。然后,以单线刻蚀控制激光参量的变化,详细分析激光单脉冲能量、扫描速度及扫描次数对微槽深宽比的影响规律,并辅以螺旋环切法增大微槽深宽比。最后,在微槽刻蚀实验基础上,初步探索了透射光栅及微流体通道等功能化微结构的制备工艺。（3）采用单个激光脉冲在石英玻璃表面进行凹坑刻蚀,基于光束传播法推衍入射激光强度在材料内部传输的时空分布特性,然后以朗伯-比尔定律作为单脉冲刻蚀实验中凹坑深度的估算公式,对不同能量密度下凹坑刻蚀深度进行模拟计算。同时,实验测量得到凹坑深度的测量值与石英玻璃刻蚀深度模型吻合度较高。（4）在石英玻璃通孔阵列实验中,分析激光单脉冲能量、扫描速度以及离焦量对实验结果的作用规律,制备了孔径小于光斑直径的微通孔阵列（孔径约10μm,深径比25:1）,并验证了刻蚀不同规格的石英玻璃通孔阵列过程中,加工参数的适用范围,制备了最小锥度为0.57°的通孔阵列。最后初步探索了大规模微凹透镜阵列模板的制备工艺。综上所述,本文以解决石英玻璃微加工技术存在的工艺问题为出发点,总结了飞秒激光刻蚀石英玻璃的物理机制,通过飞秒激光刻蚀微槽与微孔实验,系统的研究了激光参数对微结构制备的作用机制,并实验优化工艺参数,以微槽及微孔加工为基础,制备了透射光栅、微流体通道、微凹透镜阵列模板等功能化微结构器件。