光波导是集成光学里最重要的基本组成元件之一。作为光信号传播的通道和各种器件的连接装置，光波导在光通信和信息处理领域被广泛使用。人们一直在探索有效的方法来制备具有优良性能的光波导。飞秒激光直写技术是最近十几年发展起来的一项光波导制作技术。飞秒激光脉冲聚焦到透明材料内，焦点处能达到足够高的光强，诱发多光子电离和雪崩电离，激光能量转移到位于焦点处的材料上，诱导了材料结构的永久修正。光诱导的材料修正导致了材料折射率的改变，当样品相对于激光焦点运动时，飞秒激光能在各种光学材料上写入光波导。相对于离子注入，离子交换，平板印刷等传统波导制备技术来说，飞秒激光直写技术不需要预先制作掩膜板，而且飞秒激光直写技术是一种三维制作技术，具有可靠，简单，灵活，低成本和高效率等特性，被广泛用于在透明材料内部制作三维微型光子器件，该技术在高密度光子器件集成上有潜在的应用。本论文主要工作总结如下：磷酸盐玻璃能做到高的稀土离子掺杂浓度，是制作波导激光器和波导放大器的理想材料，然而许多磷酸盐玻璃在激光修正区域展现出负的折射率改变，因此在磷酸盐玻璃内直写单模波导不容易实现。研究了飞秒激光诱导掺钕磷酸盐玻璃折射率变化的机理，微拉曼光谱显示飞秒激光诱导P-O键长增加导致该处玻璃网络膨胀，致使损伤痕迹附近区域的折射率增加。为了在磷酸盐玻璃内直写单模波导，采用直写两根靠得很近的平行损伤痕迹组成双线型波导。微荧光光谱显示钕离子的荧光特性没有受到波导制作过程的影响，该波导可作为主动波导的候选者。铽镓石榴石具有法拉第效应，其费尔德系数是掺铽磁旋光玻璃的两倍，具有广泛的应用。对于铽镓石榴石内的双线型波导，TE模和TM模相位完全失配，在外加磁场下，传导模的偏振面不会发生旋转。在外加磁场下，飞秒激光直写的圆包层波导的传导模的偏振面能够发生旋转。铽镓石榴石中的双线型和圆包层波导可以用作波导偏振器和磁旋光器件，在集成光学上有潜在的应用价值。由于泵浦光和信号光在波导内重合度好，波导激光具有低的阈值。晶体波导激光具有高的增益，Nd:YVO4是一种性能优异的晶体，在1064nm处，其发射截面是Nd:YAG的三倍。研究了Nd:YVO4晶体内光波导的直写，并且实现了波导激光输出。压低圆包层波导由多根平行损伤痕迹构成，该类波导的制作需要飞秒激光直写多根损伤痕迹形成封闭结构。为了提高波导直写效率，研究了飞秒空心光束在磷酸盐玻璃内单步直写压低圆包层波导。通过改变光束的参数，演示了直写尺寸不同的压低圆包层波导。