飞秒激光具有峰值功率高、热损伤低、加工精度高和可精确控制等优点,可广泛应用于制备材料表面微-纳米结构、透明材料微连接、打孔、抛光等领域。由于飞秒激光常用于微小区域的精密加工,在很短的时间内难以利用仪器直接检测材料温度,因此需要开发能够精确模拟材料温度的数值模型。目前,大多数研究利用双温方程(TTM)建立温度模型,计算电子和晶格温度变化。这些模型被广泛用于铜、铝、镍等金属材料的飞秒激光加工。钛合金具有较高的强度和耐磨性,广泛应用于航空、航天和医疗等领域。但是,钛合金难以用常规方法进行精密加工。飞秒激光在钛合金精密加工领域具有很大的优势和应用前景。本文主要研究飞秒激光烧蚀Ti6Al4V温度场以及不同激光参数对烧蚀孔径的影响。详细分析了飞秒激光与钛合金的相互作用的物理过程。基于双温方程建立数值模型,采用飞秒激光体热源模拟飞秒激光烧蚀钛合金。计算得到了飞秒激光烧蚀钛合金烧蚀阈值为0.1978 J/cm2;飞秒激光加工钛合金热影响区深度为纳米量级;脉冲能量密度决定着电子晶格平衡温度及耦合时间;减小脉冲间隔时间能有效提高加工效率。研究为飞秒激光单脉冲烧蚀钛合金提供理论基础。采用热传导方程代替双温方程,建立多脉冲飞秒激光烧蚀钛合金热积累模型。研究计算了多个脉冲作用下,加工参数对钛合金表面宏观温度场的影响,分析热积累温度可能会导致钛合金烧蚀表面发生氧化等影响,与飞秒激光加工钛合金所得金相组织进行对比,验证了模型的有效性。研究为飞秒激光多脉冲加工钛合金预测宏观温度场提供理论基础。在数值计算的基础上,利用飞秒激光在钛合金板材上进行了烧蚀孔径实验。通过测量孔径尺寸,计算所得微孔的面积。采用面积回归法求得飞秒激光多脉冲烧蚀钛合金的烧蚀阈值,得到脉冲数目与烧蚀阈值的变化关系。通过对烧蚀孔形貌分析,得出不同激光加工参数对烧蚀孔形貌的影响,为飞秒激光加工微孔提供数据指导。