随着飞秒激光技术的不断成熟和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的大量应用, 对PMMA光学性能的研究逐渐成为研究热点。飞秒激光在透明材料加工过程中会出现成丝现象, 分析了自聚焦和丝状物的产生原理。偏振态是激光光束的重要特征之一, 利用空间光调制器、1/2波片和1/4波片组合可实现对线偏振光、圆偏振光、径向偏振光和角向偏振光的控制。利用产生的1 μJ偏振光在PMMA上刻线, 对比分析不同偏振光的成丝长短和成丝起始位置。实验结果表明：线偏振光和圆偏振光的成丝长度较短, 其中线偏振光的成丝位置距离入射面最近; 径向偏振光和角向偏振光的成丝长度较长, 且成丝位置距离入射面最远。

利用不同能量的飞秒激光脉冲对铝基材料表面接触角进行调控, 并对其浸润性转变机理进行了分析研究。结果表明, 经飞秒激光加工和时效处理后, 铝基材料表面最终稳定的浸润性状态与激光能量及时效时间相关。随着激光能量的增大, 表面接触角由70°转变为150°以上。对不同能量加工条件下的铝基表面形貌、粗糙度及化学成分进行了分析, 结果表明, 激光加工后的样品浸润性由亲水状态最终转变为超疏水状态。在不同脉冲能量区间均可得到超疏水表面, 但其表面微观结构存在非周期性或周期性结构的差异, 疏水性能的形成机理不同。

利用飞秒激光处理陶瓷刀具表面, 研究了脉冲能量和光斑重合度对其表面浸润性的影响。通过测定激光处理后的氧化铝陶瓷刀片表面的接触角来观察其浸润性。实验结果表明, 飞秒激光可以改变陶瓷材料表面的润湿性能, 通过选择合适的激光能量密度和光斑重合度, 可以制备出超亲水表面和超亲水基切削液的表面。水基切削液在激光处理过的表面上的润湿速度与接触角呈指数衰减关系。

提出了一种利用纳秒光纤激光快速制备超疏水铝板表面的方法, 对样品表面的接触角和粗糙度进行了测量。烘烤处理激光加工后的样品, 得到了一系列具有不同润湿性能的铝板表面, 增加激光能量密度可得到超疏水表面。研究结果表明, 增加激光能量密度除了能提高铝板表面的粗糙度, 还会形成明显的微纳二级结构; 空气占铝板超疏水复合接触面总面积的90%以上; 纳秒激光诱导铝板超疏水表面是微纳结构和化学成分共同作用的结果。

使用皮秒激光制备了铝基超疏水表面，研究了激光脉冲数对试样表面形貌及浸润性的影响。随着脉冲数增加，试样表面微观结构由规则的纳米条纹结构逐渐转变为微纳复合结构，表面粗糙度呈现先增大后减小的趋势。当脉冲数为177时，粗糙度Ra达到最大值(3.855 μm)。激光加工后，试样表面先是超亲水状态，经过100 ℃保温24 h处理后转变为疏水甚至超疏水状态。试样表面浸润性的转变是其微观形貌和化学成分共同作用的结果。

为了研究阻尼橡胶材料与纳秒激光的相互作用，通过单脉冲激光进行刻蚀实验，观察了橡胶材料的损伤情况，分析了其损伤机理。结果表明，短脉冲激光能量作用于阻尼橡胶材料表面时，由于橡胶材料的热传导系数较低，激光能量所产生的热量将极大地集中在光斑区域内。在高温条件下，橡胶材料发生热裂解、老化等现象，所形成的孔洞内呈现出明显的蜂窝状的热烧蚀状态。随着单脉冲能量的增加，孔的深度和直径增大，且孔内的烧蚀状态更加明显。通过测量烧蚀直径和深度，计算了阻尼橡胶材料在13 ns激光单脉冲作用下的损伤阈值。利用有限元方法模拟了阻尼橡胶材料的单脉冲损伤过程，利用模拟结果再次计算了材料的单脉冲损伤阈值，与实验结果吻合较好。

针对飞秒激光微加工中能量利用率和加工效率低的问题, 提出一种基于空间光调制器的飞秒并行加工方法。在讨论衍射光栅入射角与衍射角关系的基础上, 分析了叠加多个衍射光栅产生多光束的原理, 运用GS算法对目标多光束进行优化并计算出相应的相位全息图, 将该全息图加载到空间光调制器中获得了多光束。采用脉宽100 fs、波长800 nm的飞秒激光, 进行聚焦PMMA样品内部的并行加工实验, 观察到PMMA上多点组合的“一”和“工”字型, 得到了光束能量均匀的图形。实验结果论证了该方法对于多光束并行加工控制的有效性。

偏振态是激光光束的重要性质之一，偏振态的控制在激光加工领域中具有重要作用。提出了利用空间光调制器(SLM)结合1/2 波片和1/4 波片，实现线偏振、圆偏振、径向偏振和角向偏振4 种偏振态的控制方法，并利用琼斯矩阵，从理论上分析了4 种偏振态与两种波片快轴与x 轴的夹角及加载到SLM 中的灰度图像的对应关系。利用检偏器和CCD 相机采集了径向偏振和角向偏振的实验图像，结果表明该方法结构简易，能够通过改变波片角度参数和SLM中图像实现4 种不同偏振态的控制。

针对丁腈橡胶阻尼材料的打孔问题，采用波长为1064 nm的纳秒激光器进行了相关实验，观察了激光作用下橡胶材料呈现的特殊状态，并着重讨论了不同脉宽条件下，其状态的变化规律。结果表明由于热量的作用以及空气中氧的侵蚀，孔壁处出现了如蜂窝状的烧蚀状态；在热影响区内，橡胶材料中的氧扩散速度升高，橡胶氧化反应加剧，导致该区域内的橡胶发生了氧化变性。当采用脉宽较短的激光进行打孔时，由于瞬时高温所产生的冲击波更强、时间能量密度更高等因素，所得到的孔径、深度都更大；当激光脉冲宽度较长时，激光能量在孔壁附近的累积更严重，其烧蚀的程度较严重。为减轻因烧蚀、老化等造成橡胶性能下降的问题，应尽量选择脉宽较短的激光参数，同时可考虑采用外部冷却、保护气体等手段，尽可能减小打孔时产生的热影响区。

为分析原位合成Cr3C2-NiCr金属陶瓷激光沉积层结合区各组织的生成机制，以质量分数为Ni25%-Cr65%-石墨10%能量色散光谱单元素混合粉为原料原位合成激光沉积层，利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜(X射线能谱仪)等手段研究沉积层结合区显微组织特点，结合激光熔池冶金热力学过程，分析结合区显微组织形成机制。结果表明，Cr3C2-NiCr金属陶瓷层主要由Cr3C2、Cr7C3和Ni基固溶体组成，沉积层与45#钢基体的结合区分为共晶区、枝晶区和平面晶区。根据石墨在Cr-Ni熔池中溶解进程，可以得到结合区碳化物的生长过程，即枝晶前沿生长出Ni+M23C6共晶，并包围低熔点合金生长出壳状M7C3碳化物，在熔池中生成Cr3C2-NiCr金属陶瓷。