提出了一种基于双缺陷一维光子晶体的非线性激光限幅方法。研究了光子晶体透射谱中心波长随双缺陷层折射率变化的规律,设计了适用于532 nm与1064 nm波长的非线性光子晶体激光限幅结构,实现了弱光的高透射和强光的高阻断效果。所设计的激光限幅结构为(AB)₆CAC(AB)₆双缺陷一维光子晶体,适用于532 nm的光子晶体结构中的三种介质A、B和C分别为金刚石、SrF₂和CS3-68玻璃,对弱光的透过率为86.4%,对强光的透过率为0.02%;适用于1064 nm的光子晶体结构中的三种介质A、B和C分别为金刚石、CeF₃和CdTe,对弱光的透过率为79.8%,对强光的透过率为0.3%。

抛光垫是化学机械抛光的重要组成部分, 其磨损的非均匀性对被加工工件面型精度和抛光垫修整有重要影响。基于直线摆动式抛光方式, 研究了抛光过程中抛光垫与工件的相对运动, 建立了抛光垫磨损模型, 分析了抛光工艺参数对抛光垫磨损及均匀性的影响。研究结果表明, 工件与抛光垫的转速比为1.11, 正弦偏心直线摆动形式, 摆动幅度系数为2, 摆动频率系数在0.1~0.2之间, 抛光垫表面磨损更均匀, 并根据抛光垫表面磨损特性优化了抛光垫形状。优化的抛光垫具有更好的面型保持性, 延长了修整间隔, 为抛光工艺设计提供理论指导。

碳纳米粒子悬浮液具有良好的光限幅性质,是一种优良的宽波段光限幅材料。通过热传导方程和米氏散射理论建立了微气泡半径与入射光能量、碳纳米粒子悬浮液散射系数和透过率的理论模型。采用Matlab数值模拟了散射系数随微气泡尺寸因子的变化关系,碳纳米粒子悬浮液光限幅性能随入射光能量的变化规律。研究了气泡尺寸因子、入射激光能量以及波长对碳纳米粒子悬浮液光限幅特性的影响。研究发现当激光能量达到一定值时,微气泡的半径保持恒定,不再随入射激光能量的增加而增加。微气泡尺寸的增大对碳纳米粒子悬浮液的透过率有着显著的影响。同时,碳纳米粒子悬浮液对不同入射光波长和光能表现出不同的光限幅性能。研究结果为实验研究提供了理论指导。

利用射频磁控溅射方法, 在光学级单晶金刚石上制备了氧化钒薄膜, 然后对其结构与厚度、表面形貌、电学及光学性能进行了表征。实验结果表明, 制备出的薄膜表面均匀性良好, 为单一组分的V2O5薄膜, 在(001)面有明显的择优取向, 薄膜结晶度和表面形貌非常好; 电学性能方面, 获得了三组不同厚度V2O5薄膜温阻特性曲线, 当薄膜为150 nm时, 薄膜的电学突变特性最好, 电阻值变化幅度将近3个数量级; 对不同厚度薄膜的光学响应特性进行了测试分析, 当受到高能激光照射时, 薄膜均出现了相变和回复, 薄膜的光学开关时间均随着膜厚的增加而增加, 其中光学关闭时间的变化范围为1.6~2.5 ms, 回复时间的变化范围为26~33 ms。

通过粘结剂将单晶金刚石制成粒径更大的多晶金刚石。采用SEM观察了多晶金刚石的微观形貌, 分别制备了单晶和多晶金刚石固结磨料研磨垫, 比较了单晶与多晶金刚石固结磨料研磨垫的研磨性能。结果表明: 单晶金刚石固结磨料垫与多晶金刚石固结磨料垫精研石英玻璃的表面粗糙度相似; 但多晶金刚石固结磨料垫的材料去除率更高且稳定; 多晶金刚石在研磨过程中的微破碎, 确保了其自修整过程的实现。另外, 多晶金刚石研结磨料垫研磨的石英玻璃亚表面损伤层深度小, 约为原始单晶金刚石粒径的1/2。

利用射频磁控溅射方法，在红外石英、蓝宝石和光学单晶金刚石上制备了氧化钒薄膜，然后对其结构与厚度、表面形貌、电学及光学性能进行了表征。实验结果表明，制备出的薄膜均为单一组分的V2O5薄膜，在(001)面有明显的择优取向，单晶金刚石衬底的薄膜结晶度和表面形貌最好；电学性能方面，金刚石衬底的薄膜相变温度最低经历的温度范围也最小，电学突变性能最为优异；光学性能方面，蓝宝石和金刚石衬底的薄膜光关闭时间均非常短，低于2.5 ms，回复时间在30 ms左右；单晶金刚石衬底的薄膜相变前后透射率比值为10.3，表现出了非常显著的光学突变性能。

针对目前激光对红外光电传感器的威胁，为满足红外传感器在可见光与3~5 μm波段高透射，低于3 μm波段高反射的使用要求，采用光学金刚石作为红外窗口材料，采用具有热致相变特性的V₂O₅薄膜作为激光防护涂层，采用ZnS和YbF₃作为高低折射率材料，依据膜系设计理论设计具有抗激光致盲能力的红外增透膜并采用TFCalc优化膜系。采用离子辅助法制备增透膜，采用磁控溅射法在实验制备增透膜上制备V₂O₅涂层。采用扫描探针显微镜对光学薄膜的表面三维形貌及粗糙度进行测试分析，对薄膜进行红外光谱测试分析，结果满足使用设计要求。

针对7050铝合金表面激光熔覆Al/Ti复合粉体，建立了三维瞬态温度场有限元模型，模拟了不同离焦量条件下的熔池大小、温度梯度、冷却速度及形状控制因子。结果表明，熔池宽度与深度尺寸随着离焦量数值的增大先增大后减小，在离焦量为20 mm时熔池宽度与深度都出现了最大值。沿熔池深度方向(即Z向)的温度梯度数值最大，散热条件最好，表明熔覆凝固过程中的晶粒生长方向主要集中在Z向。离焦量为40 mm时的冷却速度最大、晶粒细小，离焦量为80 mm时的冷却速度最小、晶粒粗大，且得到实验验证。离焦量为60 mm时的形状控制因子最大，金相组织出现柱状晶；离焦量为80 mm时的形状控制因子最小，金相组织主要为胞状晶，并有相应的实验验证。

利用射频磁控溅射方法,选取溅射时间为15,25,30和45 min,在蓝宝石衬底上沉积了V2O5薄膜。研究了其他实验参量不变,溅射时间不同对薄膜结构、薄膜厚度、表面形貌、电学及光学性能的影响。实验结果表明,制备出的薄膜为单一组分的V2O5薄膜,其在(001)面有明显的择优取向。随着溅身时间的增加,结晶性能逐渐变强,晶粒尺寸也逐渐变大,而表面粗糙度值会逐渐降低;在晶体结构完整的基础上,随着溅射时间的增加,相变温度和经历的温度范围会逐渐增加,电学突变性能会降低。测试了薄膜在中红外波段的高低温透过率,结果显示: 当膜厚为350 nm,波长为5 μm 时,薄膜的透过率从25 ℃时的81%变为300 ℃的7%,变化幅度可达74%;所有薄膜相变前后透过率的比值均为9~13,表现出了非常突出的光学开关特性。

采用不同浓度的三乙醇胺研磨液研磨石英晶体, 基于研磨垫磨损率和工件与研磨垫的磨损比, 分析了三乙醇胺浓度对石英晶体的去除率及其去除稳定性、研磨垫磨损率、磨损比、研磨摩擦系数、声发射信号和研磨后表面质量的影响。结果表明: 随着三乙醇胺浓度的增加, 工件与研磨垫磨损比先增大后减小, 石英晶体的材料去除率和去除稳定性也对应地先增大后减小, 摩擦系数先减小后增大, 声发射信号先增加后减小, 研磨后工件表面质量先变好后变差。当三乙醇胺浓度为5%时, 石英晶体的材料去除率最大, 去除率随时间变化最稳定, 研磨垫使用寿命最长, 表面质量最好。结果表明: 研磨液中添加适量的三乙醇胺, 会稳定石英晶体加工过程, 延长研磨垫使用寿命, 提高工件表面质量, 降低生产成本。