本发明属于飞秒激光加工技术领域，具体涉及一种利用飞秒激光在钛表面加工纳米凸起结构的系统及方法。本发明利用飞秒激光在纳米级结构附近的近场增强和钛的局部氧化得到二氧化钛纳米锥，进而通过控制激光偏振和钛片运动，在钛片表面加工图案化的二氧化钛纳米结构。本方法确定了飞秒激光的重复频率、能量通量，线偏振飞秒激光垂直入射到钛片表面时，得到二氧化钛纳米凸起结构，能量过低或加工时间过短无法实现钛的氧化，而能量过高或加工时间过长将会造成材料烧蚀。与已有的二氧化钛纳米材料制备方法相比，本方法具有高精度、高灵活性优点，可实现纳米级图案化二氧化钛的制备，利用了钛的局部氧化并结合近场增强，得到了二氧化钛纳米凸起结构。