随着先进制造技术的不断发展,从过去难以实现在复杂三维曲面进行微纳结构加工到现在可以通过多种途径实现曲面加工,拥有复杂曲面的产品数量也得到了很大的发展,这些产品被广泛的应用在造船、航空、能源等领域。机械加工、光刻等许多传统的方法被用来加工三维曲面。但是这些传统的加工方法在加工三维曲面时存在着加工过程复杂、设备昂贵成本较高以及会对环境造成污染等缺点。飞秒激光凭借其加工特点可以在三维曲面上加工出高质量的微纳结构。但是,传统飞秒激光三维曲面加工手段在加工过程中存在一定不足。飞秒激光光丝加工方法中光丝的加工能力主要受限于激光的能量,对激光的峰值功率要求高;飞秒激光共焦系统方法中要求首先进行形貌扫描,然后利用已得形貌信息进行三维曲面加工,加工效率受到限制;飞秒激光振镜扫描系统方法中也包含形貌测绘,因此加工效率也受到了限制;利用空间光调制器(SLM)来控制聚焦后的强度分布方法中算法复杂,不利于大面积加工三维曲面。基于轴棱锥原理利用锥透镜空间整形得到的飞秒激光贝塞尔光束具有超长焦深、自愈性的特点,非常适用于三维曲面微纳表面加工。同时现有的抗反射表面主要被制造于一维平面,运用本文的方法可以得到具有抗反射性能的三维曲面,同时其吸收表面积相较于一维平面更大,提高了能源利用效率。本文主要利用飞秒激光贝塞尔光束在拥有三维曲面的铜材料上加工微纳结构,而后利用热氧化得到具有抗反射特性的功能性表面。具体研究内容如下:1、理论分析贝塞尔光束的光强表达式,利用Matlab软件对其在传播方向上、横截面上的光束强度分布进行了仿真,在实际光路中使用光束质量仪对锥透镜生成的贝塞尔光束进行了实际测试分析,其横截面光强分布与仿真结果相符合。2、利用望远系统对飞秒激光贝塞尔光束进行缩束以提高其能量密度,改变热氧化温度得到适合于本研究的热处理温度,通过调节激光的能量、扫描速度在铜材料表面烧蚀得到沟壑结构。将平面样品放置在贝塞尔光束传播方向上的不同位置以证明贝塞尔光束三维曲面加工能力(Z轴可加工范围4000μm),结合热氧化得到了抗反射性能优良的表面。最后在具有三维表面的铜球上进行了实际加工并使用扫描电子显微镜对其形貌进行了表征。3、将通过锥透镜空间整形产生的飞秒激光贝塞尔光束直接用于三维曲面加工在材料表面诱导出了周期性结构,概括总结了有关飞秒激光诱导Ripple结构的理论公式。通过调节激光参数进行加工最优化研究,实际实验中得到了规整且一致性较高的Ripple结构,将平面样品放置在贝塞尔光束传播方向上的不同位置以证明贝塞尔光束三维曲面加工能力(Z轴可加工范围20000μm),结合热氧化并测试其表面反射率得到了抗反射性能优良的表面。在不使用望远系统后三维曲面加工能力得到了大幅度提升。最后在具有三维表面的弯曲铜片上进行了实际加工以证实贝塞尔光束三维曲面加工能力。