为选择合适的激光参量与光伏电池参量, 以提高激光无线能量传输(LWPT)系统的能量转换效率, 通过实验研究了LWPT系统中能量接收单元, 也即光伏电池在半导体激光照射下的输出特性。通过波长为808 nm和915 nm的激光辐照GaAs和Si光伏电池, 研究了不同激光功率密度、光伏电池温度、电池类型以及激光入射角度对光伏电池输出特性与能量转换效率的影响。实验中, 在波长为808 nm的激光功率密度从0.06 W/cm2上升至0.37 W/cm2的过程中, Si电池的最大输出功率从0.12 W上升至0.32 W, 能量转换效率从50.9%下降至21.2%; GaAs电池的最大输出功率从0.40 W上升到1.07 W, 能量转换效率从57.9%下降至23.8%。随着激光功率密度的增加, 光伏电池的输出功率先增加而后趋于饱和, 但是高功率密度激光引起的电池温升会导致其光电转换效率的下降, 所以激光功率密度的选择与光伏电池温度的控制是提高LWPT系统能量转换效率的关键因素。

为了研究气流条件下强激光对金属靶的熔蚀效应,采用有限体积方法建立了数值模型,并开发了三维Fortran计算程序.综合考虑强激光与材料耦合规律、光束能量空间分布、材料高温热物理性能以及熔蚀界面移动等关键影响因素,模拟了激光辐照下金属靶板升温、熔化和剥蚀的复杂物理过程.最后,将计算结果与试验数据进行了比较,验证了计算模型和程序的有效性.结果表明,计算模型能够反映强激光熔蚀金属平板的基本规律,熔蚀深度和后表面温度计算值与试验吻合较好,并且自编计算程序简单高效.

为了模拟激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态热响应，建立了轴对称计算模型。模型考虑了激光辐照过程中基体热分解、质量迁移、比热容和热导率等物理量的变化情况。采用有限元方法求解控制方程，边界条件包含了激光辐照、对流换热以及辐射换热。在此基础上编写了计算程序，预测了激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态温度场和基体热分解状况。为了校核模型，开展了激光辐照碳纤维复合材料试验。计算结果与试验数据比较表明，模型预测的复合材料温度-时间曲线与试验结果较好吻合，在较低功率密度激光辐照下复合材料热响应以基体热分解为主，与试验烧蚀形貌观察结果一致。

高能激光对复合材料的辐照效应研究，可以拓展激光技术的应用范围。为了预测激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态热响应，提出了一个简化计算模型。采用隐式有限体积方法求解控制方程，边界条件包括激光辐照加热、对流换热、辐射换热以及材料表面烧蚀。考虑了激光辐照过程中基体热分解、质量迁移、比热容变化情况。基于该烧蚀模型，预测了激光辐照下碳纤维增强复合材料的瞬态温度场和表面烧蚀速率，计算结果与文献试验数据一致。最后，通过修正烧蚀模型分析了高速气流剥蚀对激光辐照复合材料热效应的影响。

高功率激光对承力结构的破坏机理研究，可以拓展激光技术的应用范围。为了研究光束强度分布对激光辐照下柱壳热力学行为，采用有限元方法建立充压柱壳的热力学模型，先保持激光辐照总功率相等，将几种典型激光束进行分析比较，并研究了充压柱壳在各种光束辐照下的热力学响应。结果表明，光强分布对圆柱壳的温度、应力以及位移场分布具有重要影响，在不同光强分布的激光束辐照下圆柱壳将具有不同的破坏模式和破坏时刻。

采用有限元方法模拟了激光辐照下充压柱壳的热力学响应, 计算了不同工况下结构的瞬态温度场和应力场, 根据材料强度准则判断了柱壳的破坏时刻, 并提出了一种预测激光辐照下充压柱壳破坏能量阈值的数值方法。研究了壳体厚度和内压大小对柱壳破坏能量阈值的影响, 并给出了典型工况下柱壳破坏能量阈值同壳体厚度以及充压大小的关系。数值计算结果表明：破坏能量密度阈值与壳体厚度、内压大小近似成线性关系, 壳体厚度比内压大小对柱壳的激光破坏能量阈值影响更大。