飞秒激光辐照材料（金属、半导体和电介质）表面经过光化学反应和熔融自组装形成周期远小于光波波长的亚波长和深亚波长周期性微纳结构，该现象近年来备受关注，已在常见的材料上获得了多种纳米结构，如纳米光栅、纳米微锥、纳米线和纳米颗粒等多种不同的表面纳米结构。飞秒激光诱导得到的周期性结构有很多潜在应用，如用于隐身战斗机的“黑色”金属和“彩色”金属，实现弱光探测的带有微锥结构的黑硅探测器，实现油水分离的带有周期性条纹的仿生结构等都验证了飞秒激光诱导得到的微纳米结构将会使材料的光学与电学性能得到极大提升。鉴于亚波长周期性微纳结构在光子集成回路、航空航天和仿生器件等方面的巨大应用前景，利用飞秒激光制备高性能的微纳光电材料与器件已成为激光微加工研究的前沿和热点。

飞秒激光与金属、半导体、透明电介质等材料作用的机制各不相同。金属材料存在大量的自由电子，具有良好的导电性和导热性，它对可见光和近红外光均具有吸收作用；半导体和透明介质原本不会吸收这一波段的光，但当飞秒激光的功率密度足够大时，便会因多光子电离而产生大量的“电子气体”，变成类似金属的光吸收体，但同时还包含多光子电离、雪崩电离、相爆炸、库仑爆炸、微爆炸和热扩散等过程，作用机制复杂。由于绝大多数金属对可见光不透明,激光处理金属材料时能量首先沉积在穿透深度范围内。在这个深度范围内，激光与金属不断相互作用会形成近亚波长和深亚波长条纹结构，目前对于条纹结构的产生机制有飞秒激光与表面散射波干涉作用机制、飞秒激光与表面等离激元干涉作用机制、层层自组装机制与二次谐波机制等理论，但是这些理论仍然有许多问题不能解释，所以还需要不断探索。

超快激光表面加工系统主要包括光路系统，成像单元和运动控制三部分。其中光路系统加工系统内包含超快激光源、光路单元、运动单元和控制单元。而检测系统内包含激光能量检测单元、显微拍摄单元和粗糙度检测单元。