飞秒激光与物质相互作用过程中的复杂非线性过程已经广泛地应用于飞秒激光高次谐波和飞秒激光微纳加工等领域。特别是近年来，飞秒激光制作三维微流体器件和光流体器件取得重要的进展，使得未来芯片实验室的广泛应用成为可能。通过飞秒激光与物质的非线性作用，在实际中已经得到了一些新型材料，例如黑硅，黑色金属等等。这些新型微米纳米材料具有一些新奇的特性，为现代科学的发展奠定物质基础的同时，也让人类的生活变得更加美好。不管是基于深入地发展科学的需要，还是出于更好造福人类生活的需要，通过飞秒激光与物质相互作用来得到新材料，发现新的物理机制的旅程前路漫漫。尤其是目前一些飞秒激光与物质相互作用的机制尚不清楚。因此，一方面，我们需要不断地通过实验检验飞秒激光微纳尺度下的加工方法与应用，另一方面，更好地理解了飞秒激光微纳尺度下的行为机制，必然能根据实际需要创造出更加有效的全新方法。　　随着研究的深入，与飞秒激光相互作用的物质由简单变为复杂。尤其在复杂介质环境中，飞秒激光呈现出了许多新的特性。然而，在复杂的介质环境中，飞秒激光非线性与线性过程交替作用，物理过程非常复杂，这种相对复杂过程的研究是一项全新的挑战。本论文针对飞秒激光与物质相互作用的过程，讨论了飞秒激光在一些复杂介质环境下的微纳加工实现方法，并探索地进行了飞秒激光微纳光学的数值模拟以及液体成丝的实验研究。论文的主要内容与创新性成果如下:　　1.根据实际使用需要，设计制作了一种控制气体氛围的飞秒激光微纳加工装置。不仅使得飞秒激光可以在0.01帕斯卡的真空度下进行微加工操作，也可以通过充入气体实现不同气体环境的微加工操作。这套装置为利用飞秒激光制作新型微纳材料以及新型微纳器件提供了设备保障。　　2.提出了一种利用飞秒激光在玻璃内部直写微机械结构的方法。不仅对制备新型微机械结构具有重要意义，也为高度集成化的微流器件以及光流器件的加工制造提供了可能。　　3.结合科学研究实际中遇到的一些问题，主要介绍了飞秒激光时间响应的米氏散射计算以及微米纳米结构的有限时域差分方法。通过这些数值模拟的方法，不仅可以更好地理解飞秒激光在微米纳米尺度下的行为，也可以为飞秒激光在微米纳米尺度下的新奇行为提供理论上的精确解释。对具有创新性的飞秒激光微纳光学研究具有重要的意义。　　4.提出了利用50纳米银颗粒实现飞秒激光宽谱锥状辐射可视化的方法。通过理论模拟与实验结合，我们系统地在掺杂50纳米银颗粒水溶液中进行了飞秒激光成丝实验。由于纳米银颗粒的局域等离子共振与飞秒激光超连续谱线在可见光波段符合，宽谱增强的锥状辐射可以直接从光丝的侧面被观测到。为深入地地理解飞秒激光成丝以及锥状辐射过程开辟了新的道路。　　5.提出了用气泡在水中三维控制飞秒激光成丝的全新方法，首次实现了飞秒激光光丝大立体角范围的三维控制。另外，这种方法对超连续谱以及锥状辐射传播方向也可以实现简单有效的调控。这种新颖的技术根本上解决了液体中光丝方向操控问题，不仅在生物化学等交叉领域有重要的应用价值，而且有望实现“光丝回路”，进而有可能发现飞秒激光成丝过程中新的物理机制。