钛因具有优异的力学性能和良好的生物相容性而被广泛用于制造医疗植入体。为提高钛在人体内的稳定性、抗菌性和耐磨性等,需对其表面修饰改性。传统加工技术通过改变植入体表面形貌和成分,已经可以高效、高质量地加工植入体表面,但其加工难以靶向进行,且易产生污染。超快激光具有极高的峰值功率和极短的脉冲宽度,不仅可以主动控制表面加工区域,直接加工出微纳多级结构,而且能够产生表面氧化层,促进细胞黏附,但加工效率较低,加工的结构类型较少,亟需调整和优化工艺,提高钛表面微织构的多样性及加工效率。本研究采用飞秒和皮秒激光在钛表面加工出微凹槽和微凸起结构,研究了不同激光工艺参数下表面微结构的形成机理,对比了两种脉宽的激光加工的微凹凸结构在表面形貌、表面轮廓、亲疏水性和生物相容性等方面的差异。本研究可以为钛植入体表面改性提供新方法,扩展钛表面微织构的类型,并为植入体表面功能的拓展提供参考。首先,研究了不同钛表面微结构的飞秒激光加工机理及工艺。采用数值计算法得出飞秒激光加工钛的烧蚀阈值为1.01 J·cm-2。结合光热效应和马兰戈尼对流作用揭示了离焦加工微凹凸线结构的作用机理,研究了不同激光工艺参数对凹凸线结构形貌和尺寸的影响规律。通过分析不同加工路径下微结构表面形貌的演变规律,发现沿着激光偏振方向加工线阵结构时可以获得较好的表面质量,并且凹槽线阵表面氧含量可达20.22%。其次,为提高加工效率并实现曲面加工,采用皮秒激光在钛表面加工微凹凸结构,并研究其加工机理和工艺。通过数值计算法得出脉冲个数为100和500时钛的烧蚀阈值分别为3.23 J·cm-2和2.36 J·cm-2。结合对流作用和热影响效应分析了凹凸线结构的形成机理。研究了激光工艺参数对线结构形貌和尺寸的影响规律,发现线结构的尺寸和形状分别受能量密度和光斑重叠率影响较大。分析不同加工路径下微结构的表面形貌,发现沿着激光偏振方向加工的微凸起和微凹槽结构质量较好,且凹凸线阵表面的氧含量较高,可达38.32%。最后,研究了两种脉宽的超快激光加工的微织构表面的润湿性和生物相容性。水接触角测量结果表明经过飞秒和皮秒激光改性,钛表面接触角从初始的40.25°分别降为9.88°和0°。通过对比样品在空气、真空及生理盐水中保存3天和90天后的表面接触角发现,在生理盐水中储存的皮秒激光改性样品表面能保持稳定的超亲水性。经硅烷处理后,飞秒激光改性表面的接触角可达152.80°,而皮秒激光改性表面的接触角为146.38°。成骨细胞黏附、增殖和分化实验结果表明飞秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于细胞的黏附和排列,而皮秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于促进细胞的铺展和迁移,其中飞秒激光加工的凹槽线阵和皮秒激光加工的凸起线阵表面的成骨性能较好,主要是由于其烧蚀面积较大,表面氧含量较高。皮秒激光加工的凸起结构还可应用于复杂形状植入体表面改性。