作为集成光学和光电子学中最重要的基础元件之一,光波导已广泛应用于光通讯和信号处理领域。飞秒激光制备技术具有加工设备简单、无需复杂制备工艺并且可以进行三维加工等优势,已经成为最重要的波导制备技术之一。近年来,人们对使用飞秒激光在玻璃和晶体材料中制备性能良好的波导结构产生了浓厚的兴趣。硅酸盐玻璃折射率与光纤接近,因此各种以玻璃为基底的光学无源和有源器件广泛的应用于光电子领域。晶体不仅可以通过高浓度稀土金属离子掺杂实现光放大和高功率输出,而且光损伤阈值非常高,满足了对高功率小型化波导激光器和放大器的需求。本文使用飞秒激光在硅酸盐玻璃、掺钕钨酸钆钾和掺钕氟化钇锂激光晶体中制备了光波导结构,分析了波导的形成机制,模拟了波导的折射率分布,研究了光在波导阵列中的传输耦合性质。本论文的主要研究工作如下:采用飞秒激光在硅酸盐玻璃中制备了光波导结构。结合原子力显微镜讨论了波导的形成机理,分析了波导截面不对称的起源,计算了不同数值孔径的聚焦透镜在不同聚焦深度下球差对焦点处光强分布的影响,这为飞秒激光微加工奠定了良好的基础。研究了光在任意波导阵列中的传输性质,在硅酸盐玻璃中制备了一维1×5波导阵列和二维3×3波导阵列,采用端面耦合法测试了阵列输出光强分布,并利用耦合波理论计算出了一维波导阵列耦合系数,二维波导阵列的横向耦合系数、纵向耦合系数和对角线方向的耦合系数。掺钕钨酸钆钾晶体具有低泵浦阈值、宽吸收带宽和较强的自激励拉曼效应,是多波长激光晶体的理想选择。本文在掺钕钨酸钆钾晶体中采用双线法制备了低损耗、模式分布对称的光波导,分析了脉冲能量、写入速度、双线间距对波导模式分布对称性和损耗的影响。利用原子力显微镜、微区荧光光谱和微区拉曼光谱分析了飞秒与掺钕钨酸钆钾晶体相互作用机制和波导的荧光特性和拉曼特性。实验发现制备的波导结构对晶体的荧光特性和拉曼特性保存良好,这有利于在波导激光器和自激发拉曼波导激光器方面的应用。基于近场模式分布法提出了一种构建光波导折射率分布的新方法,并利用光束传播法计算了波导近场模式分布,模拟结果与实验数据相符。掺钕氟化钇锂晶体因其具有较宽的荧光线宽、自然双折射和较低的热透镜效应,在低泵浦阈值的连续光和锁模等各种激光器中有着广泛的应用。本文在掺钕氟化钇锂晶体中首次实现了一维1×11波导阵列的写入,基于输出光强分布,计算了光波在阵列中的传输耦合系数。结合原子力显微镜分析了飞秒与掺钕氟化钇锂相互作用机理,分析了周期性微孔洞结构的形成原因。基于波导的近场模式分布,拟合了光波导的折射率分布。并使用共聚焦显微镜对波导结构的荧光性质进行了分析,发现制备的波导和波导阵列的荧光性质在制备过程中并没有出现荧光淬灭现象,可以使其应用在波导激光器和多光束集成波导激光器。