为了精确得到铝合金标样等离子体的电子温度和电子密度，实验采用激光诱导击穿光谱技术，利用532 nm调Q Nd:YAG激光器诱导产生铝合金E311等离子体。测量铁原子谱线(381.59 nm）的Stark展宽(0.12 nm)得到等离子体的电子密度是4.3×10¹⁶ cm^-3；基于铁原子谱线(370.56, 386.55, 387.25, 426.05, 427.18, 430.79, 432.57, 440.48 nm)，利用迭代Boltzmann算法，得到回归系数为0.999时等离子体的电子温度是8 699 K。基于铝合金标样(E311、E312、E313、E314、E315、E316)和铁原子谱线404.58 nm，建立了铁元素的标准曲线，计算得到铁元素的探测限是0.0779 wt%。等离子体特征参数表明铝合金等离子体满足光学薄和局部热力学平衡状态。

通过理论推导分析了激光熔覆过程中熔覆层裂纹形成的物理机制，研究了激光光斑直径对裂纹缺陷的影响。选择40Cr 为基底材料，Ni60 为熔覆粉末进行了激光熔覆实验，获取了不同光斑直径下的熔覆效果图，并对裂纹分布特性进行了分析。理论与实验结果表明，随着激光光斑直径的增大，熔覆层的裂纹率逐渐增加，裂纹的深度逐渐加深，裂纹的宽度也随之加大。

运用功率谱反演法对斜程传输大气湍流扰动相位屏进行了数值模拟。通过建立激光束初始畸变相位模型，从波前峰谷值和波前功率谱密度函数两个方面，对激光束通过大气湍流后的相位特性进行了研究，重点分析了湍流传输距离和天顶角对激光束波前相位分布的影响。研究结果表明：激光束在湍流大气斜程传输后，其波前相位会发生明显畸变，且空间高频相位较低频相位所占比例明显增加；通过湍流后的波前相位与传输距离及天顶角密切相关，传输距离越长，天顶角越大，相位畸变程度越大，高频相位所占比例越多。

运用相位屏近似法计算模拟了激光束通过大气湍流的光场分布。从高频相位比例和相位不连续点数目等角度对畸变光束的相位特性进行了分析，进而利用考虑到变形镜驱动器间交联耦合的高通滤波方法模拟自适应系统对畸变波前的校正作用，建立了畸变光束的相位校正物理极限的预估模型，定量分析了湍流强度和传输距离对校正极限的影响。研究结果表明：在一定范围内，随着湍流强度的增强及传输距离的增大，畸变波前中高频相位比例明显增加，相位不连续点数目也逐渐增多；激光束通过大气湍流后，其相位校正的效果主要受畸变光束连续相位中的高频相位比例以及相位不连续点数目的共同影响，畸变波前中高频相位比例越大，相位不连续点的数目越多，相位校正效果也越差。

利用相位均方根(RMS)梯度描述的随机相位屏表示低频波前畸变，用扰动幅度表征的随机相位屏描述高频波前畸变，建立了激光束的畸变波前模型。根据已知的近场低频相位以及近场和远场光强分布，采用逐次逼近迭代法对畸变波前的高频相位进行了恢复，并从波前残差、波前峰谷(PV)值、波前RMS、波前功率谱密度(PSD)等不同角度对高频相位的恢复效果进行了定量分析。在此基础上，对不同的畸变波前进行了高频相位的恢复，以验证该恢复算法的适应性。结果表明，运用逐次逼近迭代法，能有效地根据近场低频相位以及近场和远场光强分布恢复得到畸变波前的高频相位，进而可获得包括低频和高频相位在内的近场畸变波前信息，且该方法适用于不同畸变波前的高频相位恢复。

以随机相位屏构造波前畸变相位, 运用高通滤波的方法模拟变形镜对光束波前畸变相位的校正作用, 模拟分析了畸变波前的相位校正效果, 定量分析了校正效果与低频相位畸变和高频相位畸变之间的关系, 并进一步讨论了变形镜的校正位置对校正效果的影响。研究结果表明: 对于给定单元尺寸的变形镜, 随着畸变波前中高频相位畸变所占比例的增大, 经校正后的远场光束质量明显降低, 校正效果也越来越差。此外, 光学变形镜所在位置对校正效果存在明显影响, 校正效果随校正位置的变化呈现出起伏变化。

在一新型三维轴对称腔CO₂激光器的基础上提出了一种对此激光器位相锁定的方法。通过在输出镜后放置一具有反射和整形作用的凹凸镜，让作为输出注入光束的谐振腔优先起振。此腔输出的光束到达凹凸镜时被其反射。利用重新定义光斑半径的方法，证明此光束能够覆盖其他放电管输出的光束，根据几何光学，此光束能反射进入各个放电管。然后利用光子简并度的概念证明了反射光束能够控制腔内的本征模式，并且数值分析了注入锁定后腔内模式匹配。在反射注入锁定的情况下，给出了数值计算的光强输出及其模拟，结果证明经位相锁定后，激光器输出光束的质量有了很大的提高。