元件或器件的小型化制造,尤其是具有特定功能性的微结构元件的高效化、低成本、绿色化加工已经成为现代制造及应用领域的重要发展趋势及研究方向。超短脉冲激光微加工技术,具有加工阈值确定、对材料的热和机械损伤极小、能够避免等离子体效应、可以突破衍射极限、可实现对几乎所有材料的准三维高精度加工等其它方法所无法比拟的优势,已迅速成为一种全新的材料处理方法,并已成功应用到微细结构的高精度加工中。然而,由于超短脉冲激光微加工技术受到设备昂贵、加工效率不高及相应的工艺路线尚不成熟等诸多技术瓶颈的限制,目前该技术在加工功能性微结构表面时难以满足高效、低成本的加工需求。因此,本课题以超短脉冲激光加工微结构及超疏水功能性表面作为基础,同时将软光刻微复制技术引入到该工艺链,从而实现功能性微结构表面的高效、低成本、绿色化的加工目标。本文主要做了以下研究工作:　　为了研究超短脉冲激光微加工系统的特性,并降低加工成本、提高加工效率,对超短皮秒脉冲激光微加工系统的性能进行了改进。结果表明,衰减器可加快光束偏振响应时间至1.6ms,外接放大器的应用可以使系统的最大输出能量达到14.7W(640kHz),用普克尔盒替代机械开关可将对光束的开、闭时间从毫秒提高到纳秒量级,基频光向倍频光的转化效率可高达72％。此外还搭建了一套超短飞秒脉冲激光微加工系统,实现了闭环控制,系统输出的最大单脉冲能量为2.5mJ,定位精度可达0.1μm。　　利用加工直径与脉冲强度的函数关系,计算出模具钢、Ti、SiC等材料的破坏阈值。在此基础上,通过改变工艺及策略,研究针对三种材料进行加工时的不同阶段,分别主导的材料去除机制。然后利用得到的微结构特征尺寸的加工策略,在多种材料表面进行微槽及其阵列、大深径比切割、复杂文字等典型结构的加工。　　基于超短皮秒脉冲激光在模具钢和Ti表面通过“自组织”方式产生微纳双重结构的技术,开发了在大气环境下快速构造超疏水功能性微结构表面的新工艺策略。结果表明,具有双重结构的 Ti和模具钢的表征接触角分别高达160°和156°,滚动角分别为5°和8°,不需要进行任何后处理就具有良好的超疏水功能特性。采用超短皮秒脉冲激光比应用超短飞秒脉冲激光的加工效率提高了百余倍,而且该功能结构具有长时间的稳定性。这为深入系统地研究超短皮秒脉冲激光在材料表面加工功能性微结构的应用提供了理论依据及实验数据。　　在上述研究工作的基础上,为了实现超疏水功能性微结构表面的批量化、低成本化、高效化、绿色化生产的目标,本课题开发出了将超短皮秒脉冲激光微加工技术与软光刻微复制技术相结合的一种全新的加工工艺链体系。实验结果表明,通过软光刻微复制技术将模具钢和Ti表面的功能性微结构形貌转移到复制品表面后,复制品表面的微结构形貌及功能性与母模基本一致,符合 C-B模型和多层表面微结构的接触角模型。