表面微加工就是在材料的表面進行微納米級線、孔和凹槽的制備，對加工具有較高的技術要求[1]。而飛秒激光加工技術則是開展表面微加工的最有效工具。在最理想的表面微加工狀態下，應該保持材料外部的最小損傷。但是采用傳統的激光技術進行加工，會產生熱擴散，對加工尺寸產生較大影響。熱擴散會對加工質量存在影響，大量的熱會使得材料表面出現裂紋等情況，殘余的應力也會損傷材料內部。而飛秒激光加工技術有效改善了這一現象，在飛秒激光加工技術之下，和金屬產生相互作用，出現線性吸收及雪崩電離，自由電子將飛秒激光的能量吸收實現了電子加熱，將對材料的損傷降至最低[2]。
在金屬及半導體的表面進行飛秒激光的微加工，主要包含以下兩大類微結構：（1）飛秒激光的輻射下產生各類周期性的微納結構，這種技術更多地對表面浸潤特性進行調控;（2）運用飛秒激光將周期性的表面結構進行導出，對表面光學特性進行調控[3]。
1.1 浸潤特性調控
固體材料的表面都具有浸潤特性，傳統加工方式下，在金屬及半導體的表面產生浸潤結構主要通過刻蝕法、模板法等[4]。這些傳統加工方式步驟往往較為復雜，且整個加工效率低下，所采用的試劑也具有一定毒性。飛秒激光加工技術的應用，能夠高效快捷地在各種材料表面制備特殊的浸潤結構。在硅的表面，運用飛秒激光加工技術可以制備微孔的周期結構。在這種結構內部有納米顆粒隨機分布其中。運用化學進行修飾后，表面產生超疏水的特性[5]。在金屬鈦的表面運用飛秒激光加工技術可以制備微孔陣列，具備水下超疏油特性，對微孔周期排布進行改變，具備油水分離特性。在銅的表面運用飛秒激光加工技術制備出微米錐形的周期結構，并有納米顆粒分布在這種結構之上，這一表面具備超親水的特性。這些都是運用飛秒激光加工技術的成功案例。
1.2 光學特性調控
微納結構在材料的表面形成之后，材料受光的散射、衍射等效應影響，會呈現出多種顏色。在不銹鋼的表面運用飛秒激光加工技術將納米條紋的結構進行誘導，對納米條紋取向進行控制能夠呈現出多種顏色[6]。在銀、鋁等表面運用飛秒激光加工技術將周期性結構進行誘導，能夠呈現出多種顏色，且表面的反射率同入射的波長存在一定關聯。
在一些半導體材料中，也可以實現對光學特性的調控。運用飛秒激光加工技術在半導體的硅片表面能夠制備出二維塊狀的周期結構，能夠高效吸收光能量。飛秒激光加工技術所制備出的這種黑硅可以在光電行業中得到廣泛應用。
2  透明固體材料的內部改性
運用飛秒激光加工技術能夠在晶體、玻璃等透明材料中制備出微納結構，在信息科學及光學領域內得到廣泛應用。通過飛秒激光加工技術，能夠在透明材料中進行緊聚焦從而制備出微納結構。在透明固體材料的內部，被脈沖激光聚焦，光斑內具有較高的能量，能夠產生非線性的吸收，使得加工區域出現局部改性的狀況。對于透明固體材料而言，改變聚焦條件及激光參數，主要存在以下幾個方面的加工區域改性。
（1）微孔洞：飛秒激光的能量不斷增強，同材料作用產生等離子，爆炸產生局部的重熔及沖擊波，造成空心微孔洞出現。在介質中傳播的飛秒激光具有較高能量，會出現自聚焦的情況，聚焦光板區域內具有高溫高壓，引發沖擊波，加工區域材料出現熔化的情況，并擴散至周圍產生微孔洞[7]。
（2）微裂紋：材料在高能量飛秒激光下產生破壞性的光學擊穿，產生了微裂紋。
（3）折射率變化：加工區域受到非線性效應影響，出現原子缺陷及局部致密的情況，導致折射率出現變化。飛秒激光在能量上需要略高于損傷閾值。大量研究及實踐表明，飛秒激光的能量不高，加工區域折射率存在升高的情況;而飛秒激光的能量較高，材料并未出現損壞情況時，加工區域折射率則會降低。針對這種折射率上的變化，能夠進行多種類型波導結構的制備。
（4）光學著色：飛秒激光在同材料進行作用時，產生了非線性效應，形成了色心，活性離子價態產生了變化，加工區域出現光學著色的情況。一般情況下，飛秒激光的能力相比于材料損傷閾值較低，不會對材料產生永久性損傷，熱處理后光學著色現象會自行恢復。
從上述分析能夠看到，飛秒激光針對加工區域能夠產生不同程度改性，從而制備出多種功能的微納器件。