飞秒激光具有超短的脉冲宽度和极高的脉冲峰值功率,在与材料相互作用过程中非线性过程占主导,能够空间选择性的进行各种微结构的诱导。近年来,利用飞秒激光在各种材料内部及表面写入光功能微结构受到越来越广泛的关注。激光捕获技术是利用光辐射力来捕获、移动和操纵微小粒子的先进技术,飞秒激光也可以作为光镊的光源,并且在实现粒子微纳操控的同时伴随着非线性现象的发生。在本论文中,主要开展了两个方面的研究工作:第一,我们提出了几种加工微结构的方法,同时给出了有关飞秒激光与材料相互作用过程的物理解释;第二,建立了单光阱飞秒光镊实验系统的基本装置。具体的工作总结如下:(1)飞秒激光在玻璃内部和晶体等透明介质中诱导自组装周期孔洞微结构并且能够在玻璃体内形成一条长细丝损伤结构。基于这一物理现象,我们结合利用飞秒激光在玻璃中直写计算全息图的方法,不需要任何的材料预、后处理可以在把光涡旋的计算全息图直写入玻璃体内,实现光学涡旋体光栅的加工。使用一束准值的He-Ne激光正入射到所加工的计算全息图上,再现出了光涡旋,一级衍射效率可达到19.6%。(2)实验研究了飞秒激光烧蚀非晶合金和氧化锌的机理和损伤规律。对于非晶合金和氧化锌在飞秒激光作用后的微结构改变进行了场发射电子显微镜、X射线衍射和能谱分析的测试,研究了飞秒激光烧蚀非晶合金和氧化锌的形貌特征,重点讨论了飞秒激光烧蚀得到的近波长和半周期波纹状微纳米结构,从理论上分析了半周期结构的形状特征以及结构的成因。(3)采用涡旋飞秒激光在非晶合金表面诱导微结构。研究了诱导得到的微结构随烧蚀条件变化的规律。我们发现多种微结构的分布与涡旋飞秒激光的强度分布有关系,可以通过改变涡旋飞秒激光的拓扑荷以及应用脉冲的条件控制表面微结构的分布。并对珊瑚状结构的形成提出了可能的解释。(4)以高重复率飞秒激光器为光源,自行搭建建立了一套飞秒激光光镊操作系统。利用该系统分别实现了对人体血红细胞、酵母细胞的稳定捕获和操纵,对实验结果进行了对比和定性分析,并使用流体力学方法对酵母细胞的光阱力进行了定量的测量并给出计算结果,所得到的光阱力大小在皮牛顿量级。利用涡旋飞秒激光携带轨道角动量的特性,实现了涡旋飞秒激光对氧化铜粒子的旋转操控。