作为一种新型的激光成型技术,飞秒激光双光子微细加工具有真三维的制作能力和亚微米的加工分辨率等技术特点,在MEMS研究领域受到越来越广泛的重视.该文结合高水平大学建设重点科研项目和国家自然科学基金项目(No.50275140)的主要研究内容,研制了飞秒双光子三维微细加工实验系统,并主要对振荡级飞秒激光系统、加工系统的分辨能力、加工重复率和不同材料的双光子加工性能等问题进行了深入研究.该文的主要成果如下:首先,在总结双光子激发的技术优势和成型特点的基础上,自行设计、搭建了飞秒激光双光子三维微细加工系统,并实现了三维信息存储等功能在系统中的集成.重点论述了作为双光子辐射光源的钛蓝宝石飞秒激光器的结构设计和性能测试,并对谐振腔锁模稳定性进行了理论上的验证.对系统中其它重要功能部件也进行了详细的介绍.其次,该文分别从激发光强和自由基浓度两个方面对系统可实现的加工分辨率进行了理论分析,并最终建立了统一的理论模型.我们还采用逐点提升法制作了不同加工条件下双光子成型的固化单元,通过与理论模型的Matlab仿真结果比较验证理论分析的正确性,在此基础上探讨了重要加工工艺参数对系统加工分辨率的影响.同时,该文根据曝光等效性原理从理论上分析了不同重复率条件下直线加工的表面质量,并从实验上对此进行了验证.根据建立的理论模型,可预计加工系统可实现的分辨能力,确定实际加工中合适的扫描步距.再次,利用建立的加工系统,我们成功地实现了不同紫外光刻胶材料的三维成型,制作出了多个具有真三维结构的微器件.对超支聚合物和二苯乙烯类光聚合物进行了双光子可加工性的实验研究,并得到了初步的实验结果.最后,为了进一步展示双光子三维微细加工方法的技术优势,我们还通过一次扫描成型的方法制作完成了齿轮轴微系统和具有亚微米级精细结构的Log-pile型光子晶体,并利用相应的测试方法验证了这些器件所具有的功能.这些实验结果为研究项目的顺利完成和该领域研究工作的深入发展打下了良好的基础.此外,该文还对该技术的发展方向进行了展望.