本论文对于飞秒激光烧蚀电介质材料特性以及基于飞秒激光微细加工技术的微光器件制备及应用进行了理论和实验研究。主要内容包括:(1)基于固体的能带理论建立了一个描述飞秒激光脉冲与电介质材料相互作用时载流子随时间、空间变化的简化理论模型。讨论了材料的烧蚀阈值与激光脉宽、光子能量之间的关系;讨论了多光子电离、隧道电离和雪崩电离机制在飞秒激光对材料烧蚀过程中的不同地位。(2)实验研究了飞秒激光对两种具有代表性的无机硅材料的烧蚀机理和损伤规律,结果表明,硅片是由缺陷中的导带电子作为种子电子引发雪崩电离导致材料烧蚀,而熔石英玻璃是由多光子电离激发出导带电子进而引发雪崩电离导致材料烧蚀。在烧蚀实验的基础上,进行了飞秒激光微细加工硅片的系统工艺研究,制作了应用于微机电系统(MEMS)的高质量微型硅模具。(3)实验研究了飞秒激光与非线性光学晶体KTP(KTiOPO4)的相互作用。在烧蚀区域周围观测到了尺寸约为30nm的周期性微结构,并且发现当能量较高时,结构的改变伴随有材料的熔融过程。从理论上分析了烧蚀“弹坑”的形状特征以及纳米尺寸周期性结构现象的原因。最后在非线性晶体内部实现了多层阵列光波导的刻写。(4)首次采用飞秒激光直写技术在非线性光学晶体BBO(β-BaB2O4)表面成功制备了高衍射效率的一维、二维和圆形光栅。对于光栅的形貌特征和衍射特性进行了详细的研究。通过对材料表面的空间周期调制导致晶体中基频波的非共线传播,通过改变入射光条件,可以在衍射级次之间达到共线和非共线相位匹配,从而可以获得多重的、非共线的、高强度的二次谐波(相干)光束,并且可以对二次谐波光束的空间分布进行控制。