研究氩气氛围下钛合金Ti6Al4V激光抛光作用机理对提高材料表面质量和使役性能具有重要意义。采用纳秒脉冲光纤激光器以弓字形扫描路径抛光8 mm×8 mm局部钛合金区域。运用偏光显微镜、光学表面轮廓仪观察抛光后材料表面形貌并测量材料表面粗糙度, 研究不同平均功率、光斑重叠率、脉冲宽度、扫描次数及不同原始表面粗糙度对钛合金表面粗糙度的影响规律。通过全自动显微硬度仪、扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪分析抛光后材料钛合金Ti6Al4V组织性能。试验结果表明：随着激光平均功率、光斑重叠率和扫描次数的增大, 钛合金表面粗糙度先减小后增大。随着脉冲宽度的增加, 钛合金表面粗糙度呈下降趋势。原始表面粗糙度越大, 抛光后表面粗糙度缩减率越大; 原始表面粗糙度越小, 抛光后表面粗糙度越小。试验获得的最小钛合金表面粗糙度Ra=0.164 μm, 表面粗糙度缩减率为60%, 抛光后材料表面显微硬度相对于基体提高了6%。抛光后钛合金表面组织由白色等轴状转变为细针状马氏体。

为了研究加工环境对铝板浸润性的影响, 在真空和空气两种不同加工环境下进行了激光诱导加工铝板。使用光学表面轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM), 对比分析了样品表面微观结构的区别; 使用接触角测量仪, 对比分析了真空和空气不同加工环境、不同储存环境对样品表面浸润性的影响。结果表明, 相同激光参数下, 相对于空气加工环境, 在真空加工环境下样品表面粗糙度更小。同时, 空气加工环境下的样品具有从超亲水转变为疏水甚至超疏水的性能, 而真空加工环境下的样品能够始终保持良好的亲水性能, 但空气环境下加工后, 真空储存环境更有利于样品表面浸润性的转变, 可大大提高制备超疏水铝板的效率。

采用波长为800 nm的飞秒激光在硬质合金YG6表面加工出微凹坑形貌, 分别测量了微凹坑的形貌参数和表面接触角, 从而获得最佳加工参数, 分析了微凹坑形状、分布密度和单个面积对表面接触角的影响。基于Wenzel模型和Cassie模型的中间状态理论, 分析了微凹坑形状对表面接触角的影响机理。结果表明：当平均功率低于200 mW时, 微凹坑表面形貌较好, 微凹坑深度与扫描次数呈线性关系; 微凹坑表面接触角随着微凹坑分布密度的增大而减小, 随着单个微凹坑面积的增大而增大。不同形状微凹坑的浸润性优劣顺序依次为正三角形、正方形、正六边形、圆形。

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。

偏振态是激光光束的重要特征之一, 不同偏振态的激光在柔性电路板(FPC)上打孔特性不同。介绍了采用以聚酰亚胺为基材单面电解铜式的FPC材料损伤阈值理论计算方法, 并分析了利用液晶空间光调制器、1/2波片和1/4波片组合实现激光束四种偏振态的控制方法, 得到四种偏振态: 线偏振、圆偏振、径向偏振和角向偏振。通过不同能量的打孔实验测定出柔性电路板在800 nm单脉冲飞秒激光下的损伤阈值为25.44 J/cm2, 并进行了相同功率下四种偏振态激光束对同一FPC材料进行打孔实验。实验结果表明, 径向偏振和角向偏振具有更好的圆度和更大的孔径。

为了获得纳秒激光脉宽对铝材的损伤特性, 给纳秒激光金属加工的脉宽选择提供依据, 采用面积推算法, 利用光学显微镜、扫描电镜、表面轮廓仪等仪器, 测试了37种脉宽纳秒激光(脉宽10ns～520ns, 波长1064nm)对铝材的损伤阈值。研究了脉宽不变时激光脉冲数目对铝板的损伤规律, 揭示了不同脉宽纳秒激光对铝板打孔的作用机理。结果表明, 单脉冲损伤阈值与纳秒激光脉宽的平方根成线性关系。当脉冲个数增加时, 材料的损蚀阈值呈现下降趋势; 铝板打孔时, 纳秒激光的脉宽越窄, 对铝的损伤阈值越低; 打孔过程中蒸发过程占主导, 孔内壁烧蚀熔融物越少, 孔圆度越好, 孔口喷溅物越少, 打孔质量越高。该结果可为纳秒激光金属加工的脉宽选择提供参考。

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。