超短脉冲激光烧蚀是现代微加工和纳米颗粒制备领域中极有前景的先进技术之一。因此，近年来激光烧蚀中极端物理过程的基础研究变得尤为重要。分子动力学模拟正是研究这一过程的重要方法。不同参数的激光脉冲和烧蚀环境会烧蚀产生不同性质的纳米颗粒，这方面的理论和实验研究可以帮助人们依据需求有效地制备不同特性的纳米颗粒。超短脉冲激光烧蚀碳材料研究也是其中一个令人十分感兴趣的课题，可以制备新型结构碳材料。本论文对超短脉冲激光烧蚀金属铝的超快物理过程和产生纳米金属颗粒的性质进行了分子动力学模拟和实验研究，并对超短脉冲激光烧蚀高定向热解石墨产生碳膜的性质进行了较深入的实验研究。论文主要内容和结果如下:　　1.介绍了超短脉冲激光烧蚀金属铝靶和高定向热解石墨的物理机制及其烧蚀产物的热动力学演化过程。对近年来国内外分子动力学模拟和相关实验研究工作进行了概述和总结。其中发现，通常在气体环境中烧蚀金属时，会伴随有气体激波的产生，对激波的热动力学过程和对喷射物纳米颗粒的影响人们还研究得较少。因此，对此问题进行深入研究具有显著的科学探索意义和潜在的应用价值。针对分子动力学模拟这一工具，本文阐述了分子动力学模拟的原理、算法、数据处理和主要应用范围。针对本文感兴趣的超短脉冲激光烧蚀金属这一课题，详细介绍了应用于超短脉冲激光烧蚀的双温模型、分子动力学模型模拟。　　2.进行了超短脉冲激光氩气环境烧蚀金属铝的分子动力学模拟。采用组合连接短程和长程两种势能函数的方法，得到了Ar-Al相互作用的势能函数。并利用该相互作用势给出了相应大尺度氩气环境下飞秒激光烧蚀金属铝的分子动力学模拟结果。获得了0～600ps烧蚀动态图像和此过程中铝喷射物和氩气激波的热动力学演化规律。对气体环境烧蚀的产物进行了团簇分析，得到了烧蚀产物中不同大小纳米颗粒的分布情况和热动力学变化情况。气体激波的存在不仅阻碍了喷射物向前喷射，升高了喷射物的温度，而且改变了出射纳米颗粒的大小分布，造成了烧蚀喷射物热力学性质和整体分布形貌的改变。　　3.搭建了50fs激光脉冲烧蚀金属铝靶的实验装置，分别在真空和一个大气压氩气环境下使用云母片接收烧蚀产生的铝金属纳米颗粒，使用光学显微镜和原子力显微镜观察了烧蚀产物，对颗粒大小进行了统计，使用拉曼光谱仪测量烧蚀产物的拉曼光谱。研究发现，在相位爆炸阈值附近，飞秒激光烧蚀产生的纳米颗粒主要来自烧蚀导致的热应力释放机械机制，大小平均值在10～30nm。大气环境中烧蚀得到了大小分布相对更集中的颗粒产物。真空环境下得到的纳米颗粒呈不规则的尖锥形碎片状，而大气环境下烧蚀得到的纳米颗粒呈扁圆形半球状。本文认为大气环境中烧蚀喷射物与气体激波的相互作用升高了喷射物的温度，喷射物经历的高温过程改变了纳米颗粒的形貌。　　4.使用脉宽50fs、4ps，能流密度为68J/cm2、34J/cm2的激光脉冲在真空中烧蚀高定向热解石墨(HOPG)，得到沉积在单晶硅片上的类金刚石(Diamond like carbon，DLC)碳膜。不同位置的碳膜厚度和碳膜成分通过光学显微镜和拉曼光谱仪进行估计和测量。并使用Breit-Wigner-Fano(BWF)G峰+Lorentzian D峰、双高斯分峰和双衰减谐振子三种分峰方法，分析得到的拉曼光谱。分析结果显示，碳膜晶体结构介于纳米晶石墨和无定形碳时，D峰的位置和半高全宽随着碳膜有序度的增长而增长。使用Breit-Wigner-Fano(BWF)G峰+Lorentzian D峰或双高斯分峰时，D峰的位置和半高全宽(FWHM)均可以用作碳膜有序度的衡量参数，以及计算有序石墨片层平面相关长度。本文使用双共振拉曼散射模型对这一结果进行了理论解释。实验结果还表明，当激光强度从1.36×1015W/cm2下降到0.85×1013W/cm2时，碳膜的平均厚度和有序度也相应下降，但碳膜原子排布的有序度与碳膜厚度无关。