材料结构色是由物体微观结构与光相互作用导致的一种颜色现象,具有环境友好、永不褪色等独特优势。它的快速发展和应用得益于人们对自然界中生物体表面的观察及其微观形貌研究。当前,结构色已被广泛应用于彩色印刷、新型显示、高精度防伪和高灵敏传感等领域。在诸多产生结构色的方法中,基于飞秒激光在材料表面诱导产生周期亚波长结构（LIPSS）因具有无污染、非接触和易于制备等特点展现出了显著优势。通常情况下,利用物镜紧聚焦的飞秒激光能够实现多种图案的加工,但其固有的微米量级聚焦光斑范围极大地限制了大尺寸结构色图案的加工效率。近年来,人们虽然通过采用柱透镜线聚焦方式提升了周期表面结构的制备效率,但图案化加工过程仍需要借助于硬质掩膜版来实现,从而限制了结构色图案的加工精度和加工质量。为了解决上述这些问题,本论文提出结合图形切片化处理、空间光调制器（SLM）虚拟动态掩膜、双柱透镜线聚焦和LABVIEW联动控制程序的图案化纳米彩绘方案,在氧化石墨烯（GO）薄膜表面实现了宏观尺度上单一和多个复合图案的结构色制备,展示了该方法在彩色显现、图像隐藏和信息防伪等领域内的应用潜力。具体研究内容如下:（1）针对飞秒激光LIPSS在结构色领域中存在图案化加工无法同时兼顾高质量和高效率的普遍问题,本论文提出了一种基于高规整LIPSS的图案化快速加工方案:首先利用计算机软件对设计图形进行切片化数据处理,然后利用SLM对入射激光束强度空间分布进行调制以实现动态虚拟掩膜,另外需再结合柱透镜线聚焦光斑扫描来提高加工效率,同时基于LABVIEW编程将上述功能进行联动控制,最终获得宏观尺寸图案纳米彩绘的快速高效和高质量制备。（2）建立图案化纳米彩绘的系统和实验装置,实现了对宏观复杂图案的加工和制备,并在包括GO、金属钨和半导体硅（Si）等多种材料表面获得成功应用,进一步证实了该方法的有效性。特别地,针对基于r GO-LIPSS的图案色度学研究结果表明,相应的结构色具有高亮度、高饱和度、高对比度等特点,在颜色显示上达到了当前的商业标准。（3）根据观察角度-结构色显示之间的关系,实验提出将不同图案信息在相同宏观区域内复合但在微观尺度上分离的光学防伪图形加工方法。本方法通过应用不同激光偏振方向使得各个加工图案获得不同的LIPSS排列方向,实现了基于观察方位角度变化的图形信息隐藏和显示功能,并初步展示了该方法在光学图像防伪领域的应用潜力。（4）针对LIPSS结构由于光学衍射导致信息观测角度范围较小的问题,提出将同一图案转换为由多个排列方向不同的r GO-LIPSS子图在相同宏观区域内复合加工的技术方案,在保持较高图形空间分辨率的同时,成功地将图案结构色的可视方位角范围增大了3倍。