石英由于其优异的热、力、光以及化学特性被广泛应用于微机电系统(MEMS)器件、光电器件以及微流控器件中。石英器件的生产包括单元部件的制作、组合以及整体测试等多个环节,其中部件之间的组合是通过键合方法完成。而传统键合方法中器件常受到加工条件的影响,比如需要将待加工器件置于高温环境中,可对器件内部造成不可逆的损坏,或者加工后器件键合强度不高,从而限制了器件的应用范围,亟需新的有效的键合方法。因此本课题利用飞秒激光加工技术,进行石英器件键合方法的研究。本文首先依据非线性光学和固体物理理论,分析了飞秒激光和石英介质相互作用的物理过程。研究了基于光电离效应和雪崩效应的自由电子产生过程,分析了自由电子能量传递至晶格的升温过程以及飞秒激光对石英材料的加工效果。采用基于激光脉冲包络传输方程以及自由电子密度演变方程的传播模型,计算了激光脉冲在石英内部的传播通量、激发的自由电子浓度的分布以及脉冲能量沉积的分布。根据计算结果,分析了非线性效应以及不同加工参数对脉冲传播和能量沉积的影响。验证了克尔效应对激光脉冲的聚焦效应,以及等离子体吸收为激光能量沉积到石英内部的主要机制。进一步分析了数值孔径的大小对能量沉积的影响,数值孔径较小时,激光能量沿光传播轴向分布越长。同时,分析了单脉冲能量对石英内部作用效果,单脉冲能量越大时,其能量透过率越小而使脉冲能量沉积的有效区域越大。开展了飞秒激光键合石英器件的实验研究。为了观察飞秒激光在石英材料内部作用区域的特征,利用氢氟酸对加工后的石英玻璃截面进行腐蚀,可以显现材料内部激光能量沉积区域的形貌。发现作用区域主要分成两个部分:一个是熔融区域,另一个是烧蚀区域。在此基础上,研究了单脉冲能量对作用区域位置的影响,发现单脉冲能量越大,加工区域位置偏离激光焦点的距离越大,并研究了包括单脉冲能量、扫描速度以及重复频率等加工参数对加工区域的形貌大小的影响。最后,进行了石英器件键合工艺方法的研究,并对键合后的器件样品进行了密封性测试。