在自然界中,许多生物表面排布的周期结构往往具有一些特殊的功能性,例如:结构色、超疏水、粘附性强和防反射等。受自然界中生物体特殊的表面功能启发,表面规则有序的周期微纳条纹的研究引起了人们广泛的关注。激光诱导周期表面结构(LIPSSs)作为一种特殊的周期微纳条纹,已经开始应用于诸多领域,例如:光子、微电子、光电子、微流体和生物医学等。硅和锗是重要的半导体材料,表面具有LIPSSs的硅和锗材料在太阳能电池、平板显示和拉曼散射的表面增强上有很多潜在的应用。由于飞秒激光的出现,材料表面可形成周期远小于激光波长的LIPSSs—高频空间周期结构(HSFLs)。但是到目前为止,HSFLs的形成机理仍不清楚。另一方面,由于HSFLs制备技术上的瓶颈,飞秒激光诱导表面形成短周期纳米结构的方法未能广泛应用。本文主要针对上述两个问题,研究了飞秒脉冲激光在硅和锗表面周期性条纹结构的制备,探讨其形成的作用机理。利用76MHz和1kHz的飞秒脉冲激光(波长800nm)扫描单晶硅,硅表面制备出LSFLs和HSFLs以及周期凹槽结构。研究了激光脉冲数、能量密度、偏振度和环境等因素对表面周期结构的影响,并且修正了Sipe-Drude干涉理论。利用高重复频率的飞秒激光首次在单晶硅表面制备出条纹朝向与激光偏振方向平行的HSFLs。通过数值模拟,发现经过我们修正的Sipe-Drude干涉理论与LSFLs和HSFLs的实验结果符合一致,认为表面等离子体激元(SPPs)在LSFLs和HSFLs的形成中扮演着重要角色。同时通过76MHz和1kHz的飞秒脉冲激光扫描类金属材料锗,首次在锗表面同时观察到亚100nm的HSFLs和LSFLs。研究表明:飞秒激光能量密度和累积脉冲数以及波长决定着条纹结构的周期大小,表面等离子体激元谐波间的相互干涉是锗表面同时形成垂直于激光偏振方向的LSFLs和HSFLs的主要原因。通过不同重复频率的飞秒激光辐照单晶硅和锗表面周期维纳条纹的制备,深入研究了HSFLs形成机理的同时,对于飞秒激光制备纳米材料的技术提供了新的途径,为制备具有更高性能的光电器件打下了基础。