本文针对脉冲激光辐照光学材料的烧蚀与改性机理进行理论分析和实验研究。围绕激光参数、材料性能和约束环境等关键因素,研究了激光诱导的自组织微纳米结构形成过程和结构特征,探索了这类微纳米结构在微纳光子学中的应用。利用金属铬薄膜作为辅助吸收介质,开展了纳秒激光对硅晶体进行正面干法刻蚀（LIFE）的研究,讨论了作用激光的能量密度、脉冲个数、以及薄膜厚度和表面改性层对蚀刻特性的影响。结果表明,在不同入射激光能量密度的影响下,硅基底的表面形貌可分为低能量密度作用下薄膜产生熔融,表面出现周期性条纹以及点状结构;中能量密度作用下硅的蚀刻速率与入射激光能量密度呈线性关系;高能量密度作用下的硅烧蚀等三类物理特性。总之,不同能量密度激光作用铬薄膜后,其与硅基底相互作用形成的表面改性层对实现硅的后续无薄膜辅助蚀刻过程具有重要作用。利用纳秒激光诱导光刻胶薄膜表面形成了周期性表面结构（LIPSS）,分析了光刻胶薄膜在不同激光能量密度、激光脉冲个数及薄膜厚度等情况下,激光辐照作用薄膜的烧蚀形貌及烧蚀机理。结果发现LIPSS形成于有限的激光能量密度区间,其阈值高于薄膜熔融阈值但低于薄膜烧蚀阈值。受孵化效应的影响,LIPSS形成阈值以及薄膜烧蚀阈值都随作用激光脉冲个数的增加而减小。通过不同约束条件对LIPSS的形成区域进行限制,实现了不同的分级周期性结构的形成方法。研究结果发现:利用掩模引导改变沉积在薄膜表面的激光能量分布,从而使薄膜表面LIPSS从线形条纹发展成点-链结构;而薄膜表面的预制的柱形和条形结构的约束使LIPSS的形成位置随激光能量密度的增加从薄膜柱/条的顶端向侧壁发展延伸,形成了高度上的多层周期性结构。进而,激光脉冲个数的增加使薄膜表面LIPSS的高度逐渐增加并最终趋于稳定,但不会改变LIPSS的形成位置。采用飞秒激光作用于钠钙玻璃,提出了利用单脉冲飞秒激光致玻璃表面形成微纳米气泡结构方法,得到了入射激光脉冲能量密度及表面改性种类与玻璃气泡产生或抑制的关系,实现了激光对玻璃表面空壳气泡的形成及其大小的控制。理论研究结果表明气泡的形成主要源于超短脉冲激光诱导玻璃表面散裂和近表面玻璃组分变化。通过对入射激光能量的调节,可以形成不同尺度的气泡,且气泡尺寸远小于入射激光光斑尺寸。通过对玻璃表面进行不同类型的表面改性后,再进行激光辐照,发现通过改变表面改性层的组成成分可对气泡的产生或抑制产生重要影响。本文获得的研究结果可为ns激光和fs激光在对聚合物材料和电介质材料进行微加工以及相关激光诱导自组织结构的形成等领域的应用提供参考。