三维（3D）无机微纳结构在光子学、量子信息、航空航天、能源等领域发挥着重要作用。利用传统制备方法获得的无机微结构通常分辨率较低和形貌不可控。因此，3D无机微纳结构的精确可控制备成为亟待解决的难题。激光加工具有高精度、形貌可控等优势，能够实现真3D、高分辨、多尺度复杂3D微纳结构的制备，解决3D无机微纳结构的精确可控制备难题。本文综述了激光加工制备无机微纳结构的研究进展，首先讨论了连续激光和超快脉冲激光加工方式，重点针对飞秒激光加工技术，阐述了基于纯无机材料体系、有机-无机杂化体系，以及聚合物模板法等制备3D无机微纳结构的方法。随后，总结了近年来激光加工3D无机微纳结构在光学器件、量子芯片、信息存储与防伪、航空航天以及仿生结构等领域的应用。最后，展望了激光加工3D无机微纳结构的未来发展趋势。

近年来，受生物神经系统结构和功能的启发，神经形态计算引起广泛兴趣。忆阻器可以通过其电荷或磁通量调节电导，与人脑突触作用机制相似，是神经形态计算最有前途的候选器件之一。提出一种基于飞秒激光加工氧化石墨烯基忆阻器的方法，通过调整器件两端扫描电压，实现了极性可控的电阻开关：低电压下，器件表现出单极性电阻开关特性，在150个循环扫描中呈现高度稳定性，且功耗仅有0.75 nW；高电压下，器件呈现双极性开关特性。伴随测试次数的增加，器件整体电导逐步增加，同时分别讨论了两种电压下器件的开关机制。

镍锌铁氧体复合材料是一种性能优良的吸波材料, 同时还具有高柔性和可加工性, 广泛用于屏蔽通信中的电磁干扰。为提高铁氧体复合片材的切割质量, 采用先进的脉冲激光切割工艺, 并选择窄脉宽的亚纳秒脉冲激光为光源。首先改进了激光切割的扫描策略, 结果表明, 与常规的多遍策略相比, 周期性“扫描-冷却”多遍策略显著抑制了热积累, 使切缝热影响区宽度从567.39 μm减小至249.42 μm, 降低了56%。在改进的扫描策略基础上, 使用响应曲面模型分析激光平均功率(P)、光束扫描速度(v)、“扫描-冷却”每个周期内扫描次数(n1)3个因素对热影响区宽度和切割效率的综合影响, 并进行参数优化。高的平均功率、高的扫描速度和少的扫描次数有利于降低热影响区宽度, 同时兼顾切割效率。参数优化结果显示, 平均功率19.7~21.1 W, 扫描速度1 750~1 800 mm/s, 每个周期内扫描20~24次, 可以实现在9个周期切断0.2 mm镍锌铁氧体复合片材, 切缝热影响区宽度约为200 μm。

为了在水射流辅助激光加工过程中更加高效地观测工件表面的结构特征，本文提出了一种基于Retinex去雾算法的水射流辅助激光加工图像融合算法。首先，利用基于形态学理论的自适应性Retinex去雾算法解决水射流导致的气泡和表面模糊问题。通过图像区块的标准差值计算细节指数，确定高斯滤波函数的尺度，并计算单尺度函数线性叠加的权重。其次，采用离散小波变换分解聚焦区域不同的源图像序列，并根据人眼视觉原理拉伸细节分量。最后利用离散小波逆变换将分量重新融合，得到可以增强细节信息的全聚焦图像。当水射流喷嘴直径为0.4 mm时，算法处理后的图像的标准差、平均梯度和空间频率分别可以达到参考图像的95.41%、71.88%和67.29%；当射流倾斜角为45°时，上述三个指标分别达到了参考图像的90.59%、72.69%和94.50%。这表明本文所提算法有效提升了图像质量，对于在不同加工情况下获得的图像均可实现较好的处理效果，同时有助于提高加工效率。

为了解决低压器件中银基触头易熔焊、易烧蚀、电寿命不足的问题，采用了激光法制备新型石墨烯/银基复合触头。通过激光熔覆技术在商用AgNi15触头表面制备了全覆盖的石墨烯薄膜，将其作为独立涂层抵抗环境的破坏; 进行了理论分析和实验验证，取得了最优工艺条件及相应的性能数据。结果表明，所制备的新型石墨烯/银基复合触头硬度为104.05 HV，密度为9.15 g/cm3，接触电阻为0.016 Ω。该研究为高性能低压触头提供了新的解决方案和实验基础。

表面张力自组装技术的一个重要前提就是利用润湿性分区结构将液滴限制在目标区域。提出一种采用微秒脉冲激光在复合基底表面上制造润湿性分区结构的方法。该方法可通过改变激光加工参数控制复合基底表面超疏水涂层的去除面积占比, 进而调控加工区域的润湿性。建立去除面积占比的数学模型和仿真模型, 研究加工参数对去除面积占比以及润湿性的影响。结果表明, 加工区域的去除面积占比与加工速度和扫描线间距成反比。采用不同的加工参数制备了不同的润湿性分区结构并测量了其接触角。试验结果表明, 随着加工速度从100 mm/s提高到9 000 mm/s, 扫描线间距从20 μm增加到150 μm, 加工区域的去除面积占比减小, 接触角从5°以下逐步增大到127°; 随着基底表面与激光焦平面之间距离的绝对值从0增加至3 mm, 加工区域的接触角从5°以下增大到170°以上。进行了微芯片自组装试验, 结果表明, 利用该方法制备的润湿性分区结构可实现液滴限制和微芯片自组装。研究结果为制造润湿性可控的自组装基底提供了新思路。