石英玻璃具有一系列优异的物理化学性能,广泛地应用在航空、国防、科研等领域中。但因为其典型的高硬脆性特性,使其结构件的加工制造一直存在难题,尤其是微孔及微孔阵列等微纳米级的精细加工始终存在难以突破的瓶颈,而这种玻璃微孔阵列在微电子封装、MEMS器件封装,生物和医疗等领域玻璃转接板微孔金属穿丝方面具有巨大的应用需求。本文针对这一制造领域的难点,比较系统地研究了纳秒/皮秒短脉冲激光对石英玻璃精细加工的基本规律,提出了递进式路径展宽扫描切孔的新方法,并对实际加工中路径扫描参数给出推导计算方法,实现了石英玻璃圆形通孔、方孔及微孔阵列的快速高精细加工。根据玻璃对绿光的吸收特性,纳秒(ns)绿光激光器相对目前玻璃切割领域中主要使用的波长为10.6μm的CO2激光器和高能量长脉冲的1064 nm YAG激光具有一定的优势。实验中通过控制变量法,研究了纳秒绿光激光器功率、离焦量、扫描次数及扫描速度对石英玻璃加工的基本规律,确定纳秒绿光激光器对石英玻璃的损伤阈值为7.97 J/cm2。采用递进式路径展宽分层扫描的方法实现了0.5mm厚石英玻璃的通孔加工,微孔直径1 mm,加工边缘未出现任何裂纹。对比研究了不同环境(热水、冷水、压缩空气)下和不同加工起始面下石英玻璃通孔切割的质量。实验结果表明,温水与冷水的环境条件对纳秒激光加工玻璃边缘的质量无明显影响,压缩空气有助于改善玻璃边缘崩边现象。分层扫描时从玻璃下表面开始加工得到的通孔质量更好。皮秒激光是近几年发展迅速的新型激光类型,能够对材料形成近似“冷”消蚀的效应,且具有体积紧凑、密封、抗震性高以及维护成本低等特点,比较宜于工业化生产环境使用。通过控制变量法研究了不同波长(1064 nm、532 nm)皮秒激光能量密度、离焦量、扫描次数、扫描速度、重复频率、脉冲持续时间等参数对石英玻璃加工的基本规律,确定1064 nm、532 nm皮秒激光对石英玻璃的损伤阈值分别为3.49 J/cm2和2.01 J/cm2。结合基础实验规律,对递进式路径展宽扫描法中的参数确定进行计算推导,完成了0.3~2 mm不同厚度石英玻璃的圆形通孔和方孔精细加工,并将该方法应用于微孔阵列制造,在0.3 mm石英玻璃上实现了单孔直径为500μm的大面积圆形通孔阵列的无裂纹高质量加工,小孔最小边缘间距仅为30μm,同时完成单个三角形边长为500μm的三角形通孔阵列加工。本研究中对不同波长皮秒激光加工石英玻璃的特点进行了对比,简要分析了皮秒激光对硬脆性无机非金属材料的作用机理和“冷加工”机制。文章中关于纳秒/皮秒激光加工工艺的探究以及相关机理分析为短(超短)脉冲激光在硬脆性材料高精细微加工领域的研发和应用拓展提供了有指导意义的基础性研究信息。