随着能源和环境问题越发突出,人们对于轻量化材料有着越来越多的生产与运用,碳纤维增强复合材料（CFRP）作为轻量化材料的代表,凭借多种优势被广泛运用于航空航天、汽车轮船、大型建筑、化工防腐等多个领域,但是,碳纤维复合材料有着难加工特点。为了解决这一难题,本文使用波长为1064 nm的皮秒激光对CFRP进行数值模拟加工和烧蚀试验研究。皮秒激光脉宽小,可以很大减少热损伤区域。通过搭建的皮秒激光加工试验平台和观测系统,仿真模拟了激光热流模型加工CFRP时材料的吸收情况,并阐述了皮秒激光去除材料的作用机理,动态观测了在不同工况下激光加工材料的过程。在吹气（压缩空气）、空气（大气环境）、真空三种不同条件下研究和对比材料的温度特性、切割深度和表面形貌等,得到最合适的加工环境和工艺参数。主要研究内容如下:（1）阐述了皮秒激光加工技术的情况和应用场景,介绍了皮秒激光加工碳纤维复合材料出现的难点,总结了国内外相关的研究现状。针对CFRP的难加工特点,从硬件系统设计上分别搭建了皮秒激光加工试验平台和观测系统,可以实现吹气、空气和真空三种不同环境。（2）通过激光热传导理论建立了皮秒激光热流模型,利用有限元方法求解了皮秒激光热流模型,得到了激光加工温度场,研究了不同离焦量对激光温度场的影响规律,对比不同离焦量有关烧蚀宽度、烧蚀深度和HAZ的模拟仿真与实验结果,仿真模拟值小于实验值,结果一致。（3）研究并阐述了皮秒激光与碳纤维复合材料的相互作用机理,总结了皮秒激光加工碳纤维复合材料的常见缺陷;并利用皮秒激光加工观测系统记录了材料在吹气、空气、真空条件下的烧蚀过程,对比烧蚀过程中的发生的不同现象,解释现象背后的原因,为后续试验提供理论依据。（4）研究了在吹气、空气、真空等三种环境下,皮秒激光加工碳纤维复合材料时表现出来的不同性质,对比了材料的温度特性、切割深度和表面形貌等。通过利用比色高温计测量各工况下材料的温度变化,利用超景深显微镜拍摄各工况下材料的切割深度和表面形貌,来分析不同工况下材料产生的变化,得到较优的加工环境和工艺参数,很好的抑制材料表面缺陷。