在金属铂和非晶硅构成的复合薄膜上，观察到了在斜入射条件下由s偏振激光诱导产生的、具有氧化周期性结构的、远离中轴线且外侧结构倾斜的周期性结构。首先，稳态照射下产生的条纹结构呈叶脉状，既不平行也不垂直于激光偏振方向；其次，动态扫描时产生的结构取向单一且与扫描方向有关；最后，结构周期随着入射角的增大而减小。这几个现象均与通常的激光烧蚀周期性结构不同。这些发现为调控激光诱导自组织提供了更多可能性。

从超疏水理论出发，基于三种典型的基本润湿性模型揭示了材料表面粗糙度与固液接触面积对于制备超疏水表面的重要性。在此基础上，综述了直接激光写入（DLW）、直接激光干涉图案化（DLIP）以及激光诱导周期性表面结构（LIPSS）方法各自的优缺点。其中：DLW方法利用高能激光束对材料表面进行烧蚀，具备较高的自由度，能在各种材料表面构建任意三维结构，但其表面加工精度较差，难以建立多层次结构；DLIP方法利用多个相干激光形成的干涉图案对材料表面进行有选择的去除，能形成更精细的周期性三维微纳米分级结构；LIPSS方法可在材料表面获得大量空间周期在数百纳米的波纹结构，但加工时间较长。最后，从制备参数、表面结构形貌以及疏水性能等方面对不同的超疏水表面制造方法进行了归纳，并对其研究现状及发展方向进行了分析和探讨。

超快激光具有脉冲能量高、加工精度高、热影响区小等特性,在材料加工尤其是微纳加工和表面改性中具有独特优势。介绍了超快激光加工金属材料的典型数值模拟方法,综述了近十几年来关于超快激光加工金属材料过程中烧蚀、等离子体效应和周期性表面结构形成机理的数值模拟研究进展,讨论了阐述三种机理的若干种模型和局限,总结了当前超快激光加工数值模拟所面临的挑战,并对今后的研究重点进行了展望。

激光诱导周期性表面结构(Laser-induced periodic surface structures,LIPSS)具有纳米尺度的特征结构和自重复的微观尺度的排列图案, 因此, LIPSS在传感器、太阳能发电、光催化等方面具有广泛的应用前景。本文首先介绍LIPSS形成过程中超快激光与物质相互作用的复杂过程, 强调瞬态光学性质和表面结构变化的作用。然后综述几种具有代表性的LIPSS形成机理, 并且讨论了各自的优缺点。接着介绍了LIPSS形成过程中材料的变化, 主要包括材料化学成分、晶体结构和表面微观结构的变化。最后综述了LIPSS在材料表面处理、光学和机械等方面的应用。

采用中心波长800 nm、脉宽130 fs、频率1 kHz的飞秒激光脉冲对316L不锈钢样品，在高真空环境中进行了微结构制备研究。实验获得了飞秒激光对316L不锈钢的单脉冲烧蚀阈值；并分别对高于和低于能量阈值的激光在多次脉冲下激光能量的累积效应进行了实验研究。实验结果表明：高于阈值的单脉冲能量100 μJ，随着脉冲次数的增加，分别获得了亚微米级激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、微米级波纹结构和微米级锥状钉结构；低于阈值的单脉冲能量20 μJ，在累积脉冲下也能获得LIPSS和微米级波纹结构。

为揭示激光诱导金属表面周期结构的阈值现象及规律的物理本质,实验研究了飞秒脉冲激光在不同实验参数条件下烧蚀铜、铝、银3种金属靶材表面产生的形貌变化,提出激光能量累积效应机制来定量解释激光诱导表面周期结构(LIPSSs)存在单脉冲能量密度阈值与脉冲数阈值的原因及其变化规律。基于激光脉冲能量时空上高斯分布假设和能量累积效应,定量讨论了飞秒激光动态扫描速度和激光脉冲能量密度对产生的表面周期性结构质量的影响,理论和实验结果符合较好。

介绍了使用近阈值飞秒激光（脉宽130 fs，中心波长800 nm）烧蚀高定向热解石墨（HOPG）的实验，研究了激光强度与烧蚀深度、激光强度与烧蚀面积之间的关系，计算得到石墨的烧蚀阈值为0.44 J/cm2。使用SEM观察样品表面的烧蚀凹坑，发现两种不同的周期性纳米结构，其周期分别为400 nm和100 nm左右。通过改变脉冲数量、激光能量等参数，分析了各种结构的形成条件。