本文主要针对脉冲激光辐照金属材料引起的热烧蚀作用和表面功能性修饰进行理论分析和实验研究。从材料温升和物质的烧蚀迁移入手,分析了金属表面氧化膜层的定向去除机制,以及激光参数对去除效果的影响。同时,对激光辐照下金属表面产生的微纳尺度结构化及其潜在应用进行了研究和探索,成功实现了基于微观形貌调控和化学元素修饰的金属表面可控化着色过程和润湿性改造。建立了激光辐照氧化层/基底结构的一维半无限大加热模型,得到了表面吸收时膜层体系温度场的解析结果。利用有限元方法建立了温度场的二维轴对称数值模型,并将其应用于材料损伤阈值的分析和烧蚀体量的评估。计算结果显示,膜层/基底结构的温升特性与膜层厚度以及材料光学性质密切相关。当膜层厚度超过自身光学吸收深度lα和热穿透深度lth时,体系的温度变化只与入射脉冲参数有关,膜层的热损伤阈值恒定;而对于薄膜层,膜内的最大温升将受到限制,厚度越小膜层的损伤阈值越高。此外,薄膜层中的干涉效应以及材料的散射特性同样会对膜层的温度场分布和最高温升产生影响。在温度场分析和烧蚀实验的基础上,建立了纳秒激光辐照Cu2O膜层的气化烧蚀模型,对其物质迁移过程和烧蚀形貌演变进行了数值分析,讨论了激光参数和膜层几何厚度因素对烧蚀率的影响。结果表明,在较低强度激光辐照下,物质的去除主要取决于气化过程;而当能量密度不断提高时,气化反冲作用引起的熔体驱离对烧蚀深度的贡献变得显著。此外,在较低激光强度下,膜层厚度达到1μm以上时,厚度参数基本不影响单脉冲的烧蚀率,此时膜料处于饱和烧蚀阶段;而减小膜厚时,烧蚀率与膜层几何尺寸之间呈现一定的相关性,烧蚀率随膜厚的减小而轻微下降。实验研究了不同工艺参数对Cu2O烧蚀率和去除效果的影响。分析指出,平顶型脉冲形成的烧蚀轮廓更均匀,热影响范围更小,而高斯光束能更有效地实现物质的损伤和迁移,获得的烧蚀深度也更大;扫描速度决定了膜料物质的有效损伤阈值以及单位时间内的总烧蚀体量;离焦量的合理选取不仅能提升辐照烧蚀范围,还能增加单脉冲物质去除率。此外,还开展了对皮秒激光作用下Cu O膜层lift-off去除模式的研究。结果表明,层间烧蚀是诱导Cu O介质力学效应剥离的主要原因,并且由于皮秒激光的非线性吸收效应,膜层物质受激光强度影响而呈现特殊的去除行为。其中,通过调整不同入射激光能量密度,作用区域膜层将表现出完全剥离与基底残余之间的转变。根据单脉冲烧蚀膜层过程中产生的音频信号,提出了一种改进的去除过程监测方法。通过建立声强信号与物质迁移量之间的定量关系,改善了表面状态的识别精度,同时可用于确定首脉冲烧蚀状态。针对平面范围的去除状态评估,提出了一种基于视觉检测的色差识别方法,实现了对表面清洁度的定量分析和基底过度辐照损伤的定性判断。测试结果表明,该方案可避免单一图像灰度值指标对去除状态的错误判断,提高识别准确率。对纳秒激光作用下金属材料表面自组织结构的几何特征以及形成机制进行了实验研究,分析了不同脉冲强度、不同扫描参数对微观形貌的影响。研究发现,LIPSS通常出现在激光强度略大于熔融阈值的条件下;而在高能脉冲辐照下金属表面不仅会产生高纵横比（HAR）烧蚀结构,还会促进氧化作用的发生,进而改变材料表面的光学特性和化学性质。基于这些特点,对纳秒激光诱导镍表面着色效应以及制备超亲水镍的可行性进行了探讨。研究结果表明,金属镍表面颜色的产生主要来自激光诱导氧化膜层的形成以及不同尺寸纳米颗粒分布的共同作用;而低强度激光作用下光栅结构（LIPSS）的出现是导致结构色形成的根本原因。对于润湿性的改变,亲水性Ni O以及羟基（Ni（OH）2）的产生为金属镍的亲水性转变提供了驱动力,而微观多孔结构的毛细效应则进一步提升了表面的亲水能力。本文的研究结果和结论可以为研究纳秒激光对金属表面氧化锈蚀层的破坏和选择性去除提供理论和实验参考,同时为纳秒和皮秒激光在金属表面进行微纳尺度结构修饰以及激光改性的实用化提供方法和依据。