研究了从亚皮秒到皮秒范围内的不同脉宽和不同能量密度的激光作用下单晶硅材料表面瞬态光学性质的演化规律。这项工作基于考虑了相变潜热的双温方程、载流子数密度模型，通过计算激光辐照过程中的载流子温度、晶格温度和激发态载流子数密度和介电常数，模拟了光子到电子以及电子到声子的能量传递过程，最终得到了单晶硅表面折射率和消光系数的变化结果。有助于揭示亚皮秒到皮秒脉冲宽度范围的超短脉冲激光辐照下，单晶硅材料瞬态光学性质的演化机理。理论结果表明，若单个激光脉冲无法使单晶硅熔化，则不同的激光能量密度和不同的激光脉宽对最小折射率的影响非常有限，在0.3~0.4 J/cm²的激光能量密度范围内，每0.01 J/cm²的能量密度改变引起的最小折射率变化率小于0.5%。若单个激光脉冲能使单晶硅熔化，则不同能量密度和不同脉宽的激光对硅表面的折射率和消光系数有不同程度的影响。该研究结果可为基于超短脉冲激光的单晶硅材料加工和表面改性提供一定的理论指导。

采用波长为355 nm、脉宽为7 ns、重复频率为1 Hz的线性偏振激光在聚酰亚胺薄膜表面制备了微米量级的周期性表面结构，并讨论了激光参数对条纹形貌的影响。实验发现，周期性结构的产生存在一定的能量密度阈值和脉冲个数阈值，当激光能量密度范围在54~586 mJ/cm²，脉冲个数在1~50时，能在聚合物薄膜表面产生周期为4~6.65 μm的规整条纹结构。在保持激光能量密度不变的情况下，增加脉冲个数，或者保持脉冲个数不变，增大入射到材料表面的激光能量密度，都能引起条纹周期增大，并且根据实验结果，随着脉冲个数的增加，烧蚀坑的深度增加，LIPSS能持续出现在坑底。此外，为分析周期性结构形成的可能原因，通过对热传导模型的建立讨论了当周期性结构形成时材料历经的物理状态。文中的相关研究结果对基于LIPSS实现的材料表面润湿性、摩擦力学、光学特性的改善提供了一定的研究基础。