金属在各个领域都有着非常重要的应用，但容易被腐蚀的性质让其使用寿命受到了限制。利用激光处理金属表面获得微纳结构，产生超疏水性，可以使金属具有强的防腐蚀性和抗冻性。

目前，科研人员针对激光合成和胶体加工提出了各种见解，并在激光纳米材料形成机制和应用方面做了大量研究，但是大多数研究只关注于激光合成和胶体加工中的某一种方法(如液体激光烧蚀、液体激光破碎、液体激光熔化)。

许多植物因其表面的特殊纹理结构，具有天然的防水及自清洁性能。在自然界中，许多动物体外壳表面也有类似的微纳结构，其展现出的特殊性能还鲜有研究。

随着纳米技术的不断发展，各行业领域对纳米尺寸结构的加工需求与日剧增，激光直写加工技术作为一项重要的三维微纳结构加工手段，在多个现代科学技术领域得到了广泛应用。针对三维微纳结构制备，双光束超分辨激光加工技术，结合双光子聚合(TPP)过程与受激发射损耗(STED)纳米显微技术的原理，实现了超光学衍射极限的加工分辨率，为三维纳米结构加工技术及其应用提供了新的发展方向。本文将阐述基于双光束超分辨激光加工技术超光学衍射极限的基本原理，并回顾该技术在改善加工线宽及分辨率等方面的研究进展，以及在相关领域中的应用。最后就如何实现低成本、高效率、大面积、多功能性材料加工存在的挑战和未来发展方向进行了讨论。

飞秒激光利用其超快的作用时间、超强的峰值功率的特性，可以与半导体材料表面发生瞬态光化学反应，从而对材料进行有效的掺杂，且可以实现超过材料固溶度极限的过饱和掺杂，同时能在材料表面形成准周期的微纳结构。导致半导体表面性质发生改变，产生超宽光谱高吸收的特性，从而突破传统物理限制，并由此产生了一系列全新的应用。本文总结了飞秒激光与硅相互作用的基本理论和几种物理模型，介绍了其在相关领域的应用，并对飞秒激光过饱和掺杂及改性硅的发展前景作出展望。

由于超疏水表面在防腐、油水分离、流体减阻和液体转移方面的应用潜力，如何制作性能优异的超疏水表面成为研究热点。材料表面的形貌特征是决定其润湿性能的一个重要因素，因此，通常采用表面结构化来获得超疏水性能。在材料表面构织微纳结构方面，基于脉冲激光的微纳加工技术具有得天独厚的优势，尤其是在制作特定图案的复杂结构方面。本文根据激光器的脉冲宽度分类，通过刻蚀后材料表面形貌和润湿性特征对激光制作超疏水表面的基本理论和典型工艺方法进行介绍和总结，并对超疏水表面的发展前景作出展望。

紫外激光以其波长短、加工精度高、冷加工等特性，在微细制造中具有独特优势，能够有效提高制造品质。近年来，随着现代电子产业的快速发展，其对生产制造的要求不断提高，紫外激光的应用和发展也受到人们的广泛关注。紫外激光在微加工过程中对材料尺寸形状要求小，加工过程灵活可变，产生的热影响区小，能够实现精密复杂结构的加工。本文介绍了紫外激光器的发展过程，并对目前主要用于微加工的两类紫外激光器：准分子激光器和全固态激光器的工作原理和技术特点进行了简要的概述。重点讨论紫外激光在半导体、光学元件和聚合物等领域的技术发展和应用现状，并进一步对未来研究方向进行预测和展望。

微管道是微纳领域最基本的模型之一，其结构简单、均匀，应用广泛。本文提出一种利用飞秒贝塞尔光进行激光直写，结合磁控溅射金属镀层，加工可磁驱动微管道的新方法。利用空间光调制器将飞秒激光调制成飞秒贝塞尔光，通过高数值孔径的物镜聚焦，配合精密三维压电平台的移动，实现了微管道的拉伸加工；通过后续磁控溅射镍处理后，微管道具有超顺磁特性，利用外部磁场可以有效实现驱动。本文详细研究了利用空间光调制器产生的飞秒贝塞尔光的传播和聚焦特性，提出的微管道加工新方法可实现微管道直径、长度、排布的灵活控制，加工效率高；经磁控溅射镍处理的微管道可以利用外部磁场实现在液体环境下沿特定路径的可控驱动，运动灵敏度高，环境适应性强。这种新的微管道加工方法具有灵活、可控、高效的优点，所加工的可驱动微管道在无创手术、靶向药物运输、生物成像与传感、微环境净化等领域具有广阔的应用前景。

为开发出高性能生物医用干式电极，提出了利用激光微铣-重铸加工方法，实现了表面具有微结构阵列特征的新型金属干式电极的制造成形。在分析电极表面微观形貌的基础上，研究了电极表面的润湿性能，并重点研究了扫描间距、扫描速度和扫描次数等加工参数对大肠杆菌粘附性能的影响规律。研究结果表明：在一定工艺参数条件下所加工出具有微结构阵列特征的电极的接触角可达150°以上，表现出超疏水的特性。在不同扫描间隙和扫描次数条件下加工出的电极对大肠杆菌的粘附性能具有较大影响，在选择0.1 mm扫描间隙时，电极表面粘附的大肠杆菌数量最少，适当增加扫描次数，也能够有效地减少电极表面大肠杆菌的粘结，从而发挥较好的抗菌效果。通过改变扫描速度加工出的电极则对大肠杆菌的粘附性能影响不大。

Al₂O₃-YAG共晶陶瓷材料以其出色的高温强度、抗氧化性、高温结构稳定性成为航空航天领域高温合金的理想替代材料。本文采用激光近净成形技术，分别在普通基底、水冷恒温基底上进行了Al₂O₃-YAG共晶陶瓷薄壁件成形实验，得到了不同基底上成形的薄壁样件，比较了两者的微观组织及显微硬度差异。结果表明，采用普通基底成形的薄壁件微观组织呈三维网状结构，平均共晶间距为0.96 μm；采用水冷恒温基底后，薄壁顶部微观组织形貌呈晶团结构，薄壁底部呈枝状晶结构，微观组织逆热流方向生长特性明显，平均共晶间距减小至0.21 μm；和普通基底上成形的Al₂O₃-YAG共晶陶瓷薄壁件显微硬度相比，使用水冷恒温基底成形的Al₂O₃-YAG共晶陶瓷薄壁件硬度提高约10%.

采用紫外皮秒激光在As₂Se₃玻璃表面以线扫描形式快速制备大面积周期性点阵式增透微结构，获得了红外透光性能提高的硫系玻璃样品。研究确定了As₂Se₃玻璃的激光刻蚀阈值，并研究设计了合适线扫描工艺方法。所制样品相对于原样在波长11.0 μm~12.4 μm范围内，透过率平均提高10.0 %；波长13.0 μm~14.2 μm范围内，透过率平均提高5.2 %。激光扫描制备方法没有破坏样品表面原有的浸润性，整个制备过程均在空气开放环境下进行，成本低，工艺可控性强，效率高，制备8 mm×8 mm的表面微结构，仅用时3.65 s，且表面微结构单元尺寸及间距可按材料应用需求调控。分析表明，当激光能量较低时，对该硫系玻璃的去除以“冷加工”为主，不会有明显的热效应，得到微结构的硫系玻璃表面元素组成未发生改变；激光能量较高时，会存在一定的热效应，使得刻蚀点出现熔融态，在微坑边缘出现凸起或翻边。

激光除锈技术是一种新型、绿色环保的除锈方法。对一些在极易生锈的工作环境中的低碳钢构件，采用激光除锈技术代替传统除锈方法，有广阔的发展前景。激光除锈技术主要利用辐射在锈蚀表面的激光能量高、脉冲短的特点，使锈蚀温度很快达到熔点以上。但在除锈的同时，会有部分激光透过锈蚀层直接与金属基底作用，以及辐射在锈蚀表面的激光也会通过热传导将部分能量传递到金属基底表面。本文采用实验分析手段，对金属基底表面的微观组织、力学性能、硬度等进行对比研究。结果表明，所采用的激光除锈工艺在获得良好的除锈效果情况下，对金属基底没有造成损伤，对金属基底表面性能没有产生显著影响.

利用激光清洗技术对不锈钢表面进行清洗试验，研究不同激光功率(300 W、400 W、500 W)对清洗效果的影响。通过SEM和EDS分析不锈钢表面清洗前后的表面形貌及成分分布；利用白光干涉仪检测不锈钢表面粗糙度及清洗厚度。结果表明，随着激光功率的增加，不锈钢表面氧化物逐渐分解剥落，清洗厚度不断加深，在500 W时达到50 μm，并且造成基体部分损伤；粗糙度值先降低后增加，在400 W时达到最低值0.38 μm。激光清洗的清洗阈值近似为3.96×10³W/cm²，基体损伤阈值在5.52×10³W/cm²左右，不锈钢表面氧化层在400 W时达到最佳激光清洗效果。

2 μm~5 μm波段GaSb基VCSEL对大气检测技术有着重要的应用，但制备技术的不成熟严重制约着GaSb基VCSEL的发展。刻蚀工艺中出现的下切效应就是器件制备中存在的突出问题。针对上述问题，选择三种不同成分的磷酸系刻蚀液进行了对比性刻蚀实验，并通过台阶仪、扫描电子显微镜(SEM)测试观察了刻蚀速率和表面形貌。实验分析表明，浓度配比为1 mL:1 mL:0.6 g:10 mL的H3PO4:H2O2:C4H6O6:H2O刻蚀液具有良好的腐蚀效果，消除了以往腐蚀过程中出现的下切效应，且垂直形貌好，未出现钻蚀现象，晶片表面平整且光滑，且保持稳定的刻蚀速率0.62 μm/min，为激光器制备提供了良好的前期实验基础。

陆永枫(1963-)，博士，现任美国内布拉斯加大学电气工程系Lott主席教授，中国长江学者奖励计划讲座教授，美国激光学会(Laser Institute of America，LIA)、美国光学学会(the Optical Society，OSA)、国际光学工程学会(Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers，SPIE)、国际光电子与激光工程学会(International Academy of Photonics & Laser Engineering，IAPLE)会士，美国内布拉斯加州立材料与纳米科学中心顾问委员会委员，松下波士顿实验室顾问，LIA董事会成员，曾任2014年LIA主席。

李琳，男，英国皇家工程院院士，英国曼彻斯特大学激光工程研究中心主任， 国际光子学和激光工程学会(IAPLE)主席(2013~2015)，美国激光学会主席(2016)，英国工业激光用户协会主席(2017~2019)，激光先进制造技术领域专家。

杉冈幸次，男，美国激光学会(LIA)和日本激光加工学会(Japanese Laser Processing Society，JLPS)理事会成员，SPIE、OSA、LIA和IAPLE会士，东京理科大学和东京电机大学客座教授。

钟敏霖，男，清华大学材料学院长聘教授，博士生导师，激光材料加工研究中心主任；美国激光学会(LIA)现任秘书长、执行董事会成员、候任主席(2018)，会士；国际光电子与激光工程学会(IAPLE)前任主席、会士。