激光电解复合加工是将激光加工与电化学加工相结合的复合加工方法，可用于加工硬质导电材料，具有加快电化学溶解速率、避免重铸层和提高表面质量等优势。笔者提出了一种管电极耦合激光电解复合加工工艺，利用设计的管电极实现了激光能量与电化学能量在管电极内部的同轴传导以及在加工间隙处的可控耦合，所提工艺适用于高品质超大深径比小孔的加工。基于激光与电化学能量在加工间隙处的可控调节，提出了以激光加工为主导和以电化学加工为主导的耦合作用机制。通过分析激光辐照区温升对电解质电导率、电流密度、液相传质和电化学溶解速率的影响，以及电解产生的气泡和杂质等对激光能量的影响，建立了激光电解复合加工的材料去除模型，并进行了初步的激光电解复合加工仿真分析与实验研究。

微夹持器是微操作系统的重要组成部分。作为微操作系统末端执行器，微夹持器钳口端面在工作过程中容易出现磨损、吸附杂质、结冰或结霜等问题，而且目前微夹持器大多是一体化加工而成，整体更换将造成资源浪费。本文设计了一种可拆卸式微夹持器，利用中心波长为1064 nm的纳秒激光器，在执行操作的钳口端面上加工出粗糙的微纳结构，使用无毒害的硬脂酸溶液浸泡改性，获得仿生超疏水表面。通过电化学实验，测试了仿生超疏水表面在酸、盐和碱环境中的耐腐蚀性能，通过自清洁、抗结冰和抗菌实验测试了该表面的防污、防冻和防菌性能。实验结果表明：仿生超疏水表面能够有效抵抗酸、盐和碱环境中的腐蚀，具有良好的防腐性能；有效防止灰尘、水滴和细菌等杂质粘附于钳口端面，保证钳口端面的清洁与卫生；在低温环境中，有效防止端面结霜或结冰，使微夹持器能够在恶劣环境中正常工作。

为了深入了解皮秒激光烧蚀对晶体硅所造成的影响，使用不同平均功率下的皮秒脉冲激光辐照晶体硅，然后使用X射线光电子能谱仪和透射电子显微镜，分别对被烧蚀晶体硅的化学成分与微观组织结构进行观察与分析。研究发现：随着激光脉冲平均功率的增加，烧蚀产物中晶体硅的相对含量不断下降，而SiO2的相对含量则逐步上升；与此同时，材料的无定形化程度也随之加剧。最终认为：因激光脉冲平均功率增加而逐渐升高的激光能量密度是诱导上述实验结果出现的主要原因，并最终不断扩大并加剧着材料所受到热与机械损伤的范围与程度。

为实现对超快激光诱导金属钛改变趋势的定性控制及材料改变范围的定量控制，开展了飞秒和皮秒脉冲激光分别与金属钛烧蚀的对比实验研究。随后使用激光扫描共聚焦显微镜、X射线光电子能谱和透射电子显微镜分别就激光脉冲时间宽度变化对被烧蚀金属钛的表面形貌与烧蚀深度、化学成分、微结构状态的影响规律进行了分析。研究发现：随着激光脉冲时间宽度从飞秒增加到皮秒量级，被烧蚀金属钛的表面形貌质量逐渐变差，最终烧蚀产物的化学成分愈加复杂，微结构状态的无定形化程度也随之增加。最终认为伴随激光脉冲时间宽度增加，金属钛中热累积效应的增强而造成被烧蚀材料内部更为严重的热与机械损伤是导致上述实验现象产生的主要原因。