超短激光脉冲作为产生阿秒激光与探索物质微观世界的重要工具，其时间特性的精确测量尤为重要。介绍了几种少周期激光脉冲的产生以及常用的表征技术，并将表征技术在广义上分为频域测量与时域测量两大类。在频域测量中，通过测量非线性过程产生的光谱信息来反演重构超短激光脉冲的包络及相位；在时域测量中，利用“超快门开关”直接对脉冲的光场信息进行采样，从而获取时间特性。两类技术在应用场景上各有侧重，频域测量因其装置简便快捷而被广泛应用在快速表征的实验场景中，而时域采样则因为可以直接获得光电场信息，常用于与光电场直接相关的超快物理实验。

针对SiC漂移阶跃恢复二极管难以满足超快脉冲开关高频、大功率的要求，研究了一种高压SiC漂移阶跃恢复二极管（DSRD）器件，建立了相应物理模型。该高压SiC DSRD基区掺杂浓度为5×10¹⁵ cm^-3、厚度为18 μm，单片耐压超1 800 V、开关时间约500 ps。同时，基于高压SiC DSRD器件等效模型，优化电路参数，在负载端分别实现了8.8 kW、开关时间约500 ps的高压（2.2 kV）脉冲。

仿生超疏水表面在油水分离、防结冰、自清洁等方面具有广阔的应用前景。但是由于其表面结构的脆弱所造成的不稳定性，使其在应用时受到较大限制。飞秒激光作为一种通用的微纳加工方法，在超疏水表面的制备中有许多明显的优势，并且适用于几乎任何硬质材料的加工。本文从浸润性的基本模型出发，分析了耐久型超疏水表面的特点，针对耐久型超疏水表面的飞秒激光制备方法以及应用进行了概述，从聚合物、玻璃以及金属等物质的超疏水表面的飞秒激光制备进行了归纳。对超疏水表面在油水分离、防结冰、自清洁等方面的应用研究进行了综述。最后总结了利用飞秒激光制备耐久型超疏水表面所面临的挑战。

仿猪笼草的超滑表面由于可以抵抗多种液体的粘附，具有优异的稳定性与自修复性，受到越来越广泛的关注。而飞秒激光由于其对加工材料的普适性、高精度，以及高可控性，成为仿生超滑表面制备的有力手段。本文以仿猪笼草的超滑表面为背景，以飞秒激光微加工技术为手段。从超滑表面的飞秒激光微纳制备和应用两个方面，概述了超滑表面的微纳制造和应用。针对不同材料，通过对飞秒激光进行调控，实现了在聚合物、硬脆透明材料，以及金属上的超滑表面制备。制备的超滑表面可应用于液滴、气泡操控、生物抗凝、防污和防腐等领域。最后总结超滑表面所面临的挑战。

利用飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像技术研究了不同数值孔径显微物镜聚焦的单脉冲飞秒激光诱导熔融石英微结构中等离子体的瞬态时间-空间演化特性及瞬态电子密度空间分布与激光诱导微结构的联系。实验结果表明显微物镜聚焦的飞秒激光在样品中诱导瞬态峰值电子密度随延时的增加先增大后逐渐减小。当显微物镜的数值孔径为0.45时，飞秒激光在样品中诱导瞬态峰值电子密度的空间位置随延时的增加变化不大，基本都在非线性焦点处，激光在样品中诱导的微结构是点状的；当显微物镜的数值孔径为0.3时，飞秒激光在样品中诱导瞬态峰值电子密度的空间位置随延时的增加逐渐向样品内部移动，激光诱导的微结构是长条状的。此外，不同数值孔径显微物镜聚焦飞秒激光在样品中诱导最大瞬态电子密度的空间位置与激光诱导微结构的位置一致，这说明飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像可用于超快激光微加工过程的在线检测，可为超快激光诱导材料微结构的定向调控及加工参数优化提供参考。