艾里光束具有无衍射、自加速和自愈合三大特性, 其中自加速特性最吸引人。为更全面了解艾里光束的自加速特性, 在保证其轨迹完整的前提下, 基于几何变换改变相位图中立方相位的相对位置和旋转角度来探究艾里光束的加速特性, 利用傅里叶光学推导出对应的光谱公式进行验证。结果表明, 相位图几何变换调制可以显著改变艾里光束的传播轨迹位置和空间偏转位置。研究对艾里光束的自加速特性领域及应用提供了更全面的认识, 对控制其他加速光束的理解提供了新的思路。

研究激光工艺参数对T300碳纤维表面漆层清洗质量的影响规律，采用CO2激光器对样品进行激光清洗试验。使用形状测量激光显微镜对激光清洗后的样品进行表面粗糙度以及去除厚度的测量，研究激光平均功率、搭接率及扫描次数对清洗质量的影响规律。通过力学性能分析、漆层结合力检测、老化试验、温度检测及金相试验，结果表明：激光平均功率与光斑搭接率过大会对碳纤维表面造成一定损伤。在激光平均功率P=40 W、光斑搭接率δ=65%、扫描次数t=1时，能达到较好的激光清洗质量且不会影响材料本身的力学性能，清洗后的表面状态可达到后续重新涂漆的质量要求。该研究可为激光清洗碳纤维增强复合材料飞机制造领域工程应用提供技术参考。

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。

表面镀金属薄膜的复合材料具有耐热、抗辐射和低膨胀率等特点, 是一种应用于航空航天、信息传导等领域中电磁波传输控制的高效透波材料。以复合材料基底不损伤为前提, 实现对特定金属覆膜结构的精准、低损剥离刻蚀是其发挥功能的必要条件。本文针对铝覆膜石英纤维复材结构的剥离刻蚀需求, 探索研究了超快飞秒激光扫描次数、光斑搭接、能量密度等关键参数对刻蚀结果的影响与表现。研究发现采用脉冲频率100 kHz、波长1 030 nm、脉宽480 fs的超快激光刻蚀时, 参数组合为：能量密度3.80 J/cm2,光斑搭接率60%,光束扫描次数为3次情况下, 可以实现基材纤维基本无损伤的铝膜刻蚀与剥离。上述研究结果可用于铝覆膜石英纤维复材结构件的低损激光刻蚀, 也可为其他类似结构的透波材料高质量超快激光加工提供研究思路和方法。

激光熔覆能改善基体材料表面的耐磨、耐热和耐腐蚀等力学及化学性能, 可以延长工件的使用寿命, 节约经济成本。现阶段对于燃气轮机叶轮、叶片的修复工艺有很多, 各有优缺点。从工程应用的角度考虑, 研究了激光熔覆功率对熔覆层表面形貌及稀释率的影响, 并分析了其金相组织。实验结果表明, 在只考虑激光功率, 而其它工艺参数不变的情况下, 熔覆层宽度和高度随激光功率的增大而增大, 稀释率随激光功率的增大亦增大, 并且当能量密度在8.49 kJ/cm2~10.62 kJ/cm2时, 金相组织致密, 无裂纹、气孔等缺陷, 可应用于实际工件修复中。

为实现基于超快激光铝板浸润性梯度轨迹上的液滴无泵运输,进一步提高液滴运动速度,利用纳秒激光器在1050铝板上制备出超疏水表面,再通过飞秒激光器在超疏水表面制备出楔形超亲水轨迹。采用接触角测量仪、电子扫描显微镜和傅里叶红外光谱仪测量样品表面的浸润性、表面形貌和化学成分,通过高速摄像机记录液滴在水平面和30°斜面上的运动情况。结果表明:通过激光方法可在铝板上制备出浸润性循环转变的表面,接触角由0°变为164.6°,再由164.6°变为0°;随着超亲水轨迹楔角α由4°变为10°,液滴的最大速度由300 mm/s变为500 mm/s;随着样品的加热环境由空气变为真空,样品滚动角由大于30°降为3.04°,液滴的平均速度由50 mm/s变为100 mm/s。增大轨迹楔角或降低超疏水表面黏附力,都可以有效提高液滴在浸润性梯度轨迹上的运动速度。

飞秒激光通过高NA值的物镜进行表面微加工时，过短的焦深会影响加工性能。分析了高倍物镜所带校正环对焦点的离散作用，提出了一种利用空间光调制器(SLM)进行全息散焦控制的方法。通过改变衍射轴锥镜(Axicon)计算机生成全息图(CGHs)中环形闪耀光栅的周期，来进行散焦控制以形成长焦深。焦点轴向强度分布以加工于聚酰亚胺薄膜(PI)表面微孔的形式表示，其分布与仿真结果一致。使用0.6 NA的40倍镜进行散焦加工，当环形闪耀光栅最小环周期为200 μm，并由内向外以400 μm递增时，可获得50.90 μm的均匀焦深，是直接使用高倍物镜聚焦进行加工所获得的6.15 μm均匀焦深的8.28倍。此外还通过SLM与校正环进行复合散焦加工，进一步均匀化了整个焦深区域。

对钛合金进行抛光可以优化表面质量、提高耐磨损性能和使用寿命。运用纳秒脉冲光纤激光器进行钛合金Ti6Al4V抛光实验, 通过光学轮廓仪测量不同激光光束形状、脉冲能量密度、光斑重叠率、脉冲宽度下的钛合金Ti6Al4V工件表面粗糙度变化规律。结果表明:平顶光束能够达到的粗糙度更小, 激光脉冲能量密度增大, 凸起消融越多, 工件表面粗糙度减小; 光斑重叠率增大, 粗糙度减小, 重叠率过大, 受热应力的影响, 凝固后的表面变得不平滑, 粗糙度增大; 一定范围内的脉冲宽度的增加, 凸起消融越多, 粗糙度减小。研究结果对提高钛合金抛光效率, 优化钛合金性能有促进作用。

5083铝合金表面极易形成微米级阳极氧化膜, 显著影响其焊接质量。实验采用波长1 064 nm的纳秒光纤激光器对5083铝合金表面的阳极氧化膜进行激光清洗试验研究。采用不同激光清洗工艺参数, 研究激光功率、扫描速度和脉宽对激光清洗效果的影响, 总结了优化的激光参数组合, 并验证此参数组合对应的清洗效果。研究表明, 激光清洗5083铝合金表面阳极氧化膜优化的激光清洗参数组合为功率P＝42 W, 扫描速度V＝4 725 mm/s, 频率f＝250 kHz, 脉宽T＝100 ns。扫描电镜结果显示, 阳极氧化膜可得到完全剥离, 清洗效果好。