当前,超快激光加工技术研究的一个重要特点是覆盖领域广、发展速度快。特别是在消费电子产品、半导体行业以及航空航天等领域,超快激光已经成为特种元器件加工的有效工具。然而,在超快激光与材料相互作用过程中,靶材局部极易出现热累积损伤和冲击损伤,影响元器件性能和服役寿命。特别对于超快激光加工硬脆材料,光-热累积效应和冲击作用易导致微裂纹、重熔层等加工损伤的出现,严重制约了超快激光微加工技术在器件可靠性要求高的消费电子产品、半导体行业及航空航天等领域应用。因此,研究超快激光与材料相互作用过程中的损伤问题,分析材料的损伤机理和规律,探讨损伤行为的调控方法,开发激光微损伤加工工艺,对实现硬脆材料高质量加工具有重要的理论意义和应用价值。本文以蓝宝石晶体为对象,重点研究超快激光作用下蓝宝石晶体表面的损伤行为,并开展了损伤行为调控的实验研究。（1）针对超快激光作用下蓝宝石晶体表面损伤行为的类型及其评估方法,阐明了超快激光与蓝宝石晶体的相互作用机制。搭建了超快激光高斯光束加工实验平台,实验发现了超快激光作用下蓝宝石晶体表面的损伤行为主要包括重熔层形成、微裂纹产生和相变。实验测得了蓝宝石晶体的损伤阈值为6.74J/cm~2（波长为1030nm脉宽为250fs）,实现了特定波长和脉宽条件下蓝宝石晶体损伤能量临界点的辨识。（2）为了分析超快激光作用下蓝宝石晶体表面超快微观粒子演化过程,建立了超快激光与蓝宝石晶体相互作用分子动力学模型。定性分析了激光参数对蓝宝石晶体表面飞溅颗粒的影响规律。预测了不同脉宽下蓝宝石晶体的损伤阈值。基于分子动力学模拟结果,提出了通过控制聚焦光斑尺寸或输入能量以抑制颗粒飞溅和重熔层的策略。（3）为了探明超快激光诱导单晶蓝宝石裂纹产生的机理,基于超快激光与蓝宝石晶体相互作用的分子动力学模型,分析了激光沿材料不同晶向作用下原子数密度和压力在辐照方向的变化规律。计算了激光诱导应力波传输速度,证实了应力波传输的各向异性。探讨了应力波传输速度、裂纹方向与晶体取向的关系,发现了裂纹产生的晶向效应,提出了蓝宝石晶体裂纹的激光参数和晶向匹配调控策略。（4）开展了超快激光作用下蓝宝石晶体表面损伤行为调控的实验研究。搭建了超快激光贝塞尔光束加工实验平台,相对于高斯光束,论文采用贝塞尔光束减小了聚焦光斑尺寸,抑制了重熔层形成。通过脉宽可以实现裂纹产生条数由0条到3条的变化,控制单脉冲能量可以实现裂纹扩展长度的调控。实现了蓝宝石晶体微损伤直线和曲线的超快激光高速切割,最大切割速度达到500mm/s。为蓝宝石晶圆切割,提供了可控性好、效率高的一种切割方法。