碳化硅具有优秀的物理化学性能，是制作耐高温高压电子器件的关键材料，应用前景广阔。碳化硅硬度大，传统的机械切割存在崩边大、芯片破损和晶圆利用率低等问题，隐形切割因切割质量好和加工效率高脱颖而出。在多脉冲模式下采用控制变量法研究了碳化硅晶圆隐形切割时激光单脉冲能量、进给间距、脉冲重复频率、脉冲宽度和扫描速度对上下表面烧蚀道宽度、崩边尺寸和断面形貌的影响规律。针对多脉冲模式下存在的崩边大和断面粗糙度高等问题，采用脉冲串模式切割。结果表明，脉冲串模式可以更有效地实现内部改质，从而减小崩边，降低断面粗糙度。

铝合金由于其优良的物理化学性能，在工业生产中得到了广泛应用，但铝合金的高反射率和高热导率限制了激光加工技术在铝合金精密加工中的应用。采用控制变量法研究了铝合金单步法旋切打孔技术中的激光重复频率、扫描次数、扫描速度、进给次数对微孔出入口形貌和锥度的影响规律。针对铝合金单步法旋切打孔中存在的锥度大和出入口形貌差等问题，提出了三步法旋切打孔方法。结果表明，该方法可以有效地减小微孔的锥度，改善出入口形貌，减少孔口周围的飞溅物堆积。主要原因是该方法可以有效地促进打孔过程中熔渣和等离子体的排出，减少其对激光能量的扰动，提高了激光能量的稳定性和均匀性。

针对Al/SiO₂芯/壳纳米结构介导飞秒激光诱导水击穿过程涉及的物理场进行了计算,在飞秒激光脉冲与纳米结构的相互作用下,纳米结构沿激光偏振方向的近场增强,造成邻域介质水出现电离击穿。对纳米尺寸下铝纳米粒子的介电函数进行了修正,利用COMSOL软件自带模块以及自定义方程接口,对击穿过程涉及的电磁场模型、双温模型、等离子体模型和传热模型进行了全耦合计算。主要分析了纳米粒子单体、二聚体和三聚体的近场增强,飞秒激光的击穿阈值,纳米粒子的晶格温度变化以及水等离子体的温度变化,计算结果表明,Al/SiO₂芯/壳纳米结构可以大幅降低飞秒激光对水的击穿阈值,聚合态纳米粒子的近场增强能力强于单体,单体的晶格温度高于熔点,二聚体和三聚体的晶格温度低于熔点。聚合态Al/SiO₂芯/壳纳米结构在介导飞秒激光诱导水中空化、诱导细胞转染等应用中极具潜力。

使用毫秒脉冲激光精密打孔系统,在厚度为2 mm的镍基高温合金GH4037上进行通孔加工。针对传统控制变量法中通孔加工脉冲个数设定值过盈会造成诸多不利影响等问题,利用穿透检测技术建立脉冲个数阈值的数学模型,并使用基于此模型得到的改进型控制变量法研究了激光的离焦量、扩束比和脉冲重复频率对出入口孔径、锥度和打孔效率的影响。研究表明,当离焦量为-2~0 mm、扩束比为2~4、重复频率为45~85 Hz、辅助气体为氧气时能够得到较高的打孔效率,与传统控制变量法相比,打孔效率最高可提升89.09%。

为了更准确地研究激光打孔相变过程, 基于流体传热和流体力学理论, 建立了GH4037镍基高温合金激光打孔相变模型。模型中考虑了重力、粘滞力、反冲压力的作用, 以及材料的固-液相变和液-气相变过程, 通过数值计算得到了激光打孔相变过程的温度场和速度场。结果表明, 气化材料的反冲压力可以加快熔池的流动, 在激光功率为2000W、脉宽为1.70ms时, 材料最大气化蒸发速率可以达到250m/s。该模型为进一步开展激光打孔研究提供了理论基础。

采用正交实验法对GH4133高温合金进行激光打孔实验研究与分析, 得到了脉冲宽度、脉冲能量、扩束比、离焦量和辅助气体压力等参数对微孔锥度和上下孔径的影响程度, 并采用综合平衡法获得了GH4133高温合金激光打孔的优化工艺参数组合。结果表明, 离焦量、扩束比、脉冲宽度对微孔锥度的影响较大, 辅助气体压力和脉冲能量的影响较小; 离焦量、脉冲能量对上下孔径影响较大, 扩束比、辅助气体压力、脉冲宽度的影响较小; 得到的优化工艺参数组合为脉冲宽度0.5 mm, 脉冲能量1 J, 扩束比4, 离焦量1 mm, 辅助气体压力3.0 bar; 并通过实验验证, 采用优化工艺参数组合可加工出锥度和上下孔径均较小的微孔, 且成型质量较好。

为了优化激光打孔参量和提高激光打孔成型质量, 采用正交实验法对5mm厚的SUS304不锈钢材料进行激光打孔实验研究和理论分析, 测量和计算得到了激光打孔上下孔径和锥度的数据, 并采用极差分析法得到了脉冲宽度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲个数等参量对小孔锥度的影响程度以及SUS304不锈钢激光打孔的最优实验参量组合。结果表明, 离焦量、脉冲宽度和脉冲个数对孔锥度的影响较大, 重复频率和脉冲能量的影响较小, 优化后的激光参量为脉冲宽度0.5ms、脉冲能量2.5J、重复频率40Hz、离焦量0mm、脉冲个数200个。采用优化后的激光参量可加工出锥度较小的孔。

采用四因素四水平的田口正交阵列法，在厚度为3 mm的高温合金上进行了Nd∶YAG激光脉冲环切打孔实验，分析了脉冲能量、离焦量、环切圈数及环切速度对小孔锥度和圆度的影响，并对工艺参数进行了优化，得到了最小的微孔锥度和较好的微孔圆度。结果表明,激光环切打孔时，脉冲能量、离焦量、环切圈数和环切速度对微孔圆度影响不大，但离焦量对微孔锥度影响最大；得到最小孔锥度所用的最佳工艺参数组合为：环切圈数6，环切速度6 mm/min，脉冲能量1.5 J，离焦量-0.5 mm；孔出口处的圆度比孔入口处的圆度好。

采用532 nm波长的纳秒脉冲激光对由直流磁控溅射法制备的Ti/FTO复合薄膜表面进行了辐照处理，研究了激光能量密度对薄膜的表面形貌、晶体结构、光学性能和电学性能的影响。结果表明,采用适当能量密度的激光对薄膜进行激光辐照处理，一方面可对薄膜表面起到退火作用，促进薄膜晶粒生长、消除部分晶体缺陷，另一方面还可促使Ti层氧化成TiO2层，最终使薄膜的综合光电性能得到提升。