为了研究脉宽为毫秒量级的激光对光学薄膜的损伤，根据国际标准ISO-11254和国家标准GB/T-16601建立了光学薄膜损伤阈值测试装置。测量了脉宽1ms和10ns、波长1064nm激光作用下TiO2/SiO2增透膜的损伤阈值，观测了损伤形貌，测量了损伤厚度及损伤半径，分析了毫秒量级激光损伤光学薄膜的损伤机理并与纳秒激光引起的损伤进行比较。脉宽1ms的激光致使光学薄膜损伤的能量密度阈值比脉宽10ns的激光高一个数量级，功率密度阈值低4个数量级，损伤半径大180μm，损伤厚度大200μm。结果表明，脉宽为毫秒量级的激光对光学薄膜的损伤更为剧烈，不但损伤了光学薄膜的膜层，而且对光学薄膜的基底也造成了毁灭性的损伤。该结果可供脉宽为毫秒量级的激光与光学薄膜相互作用的研究参考。

为了研究毫秒量级脉宽激光与半导体材料的相互作用机理，建立了一维有限元模型，对长脉冲激光与硅相互作用的气化现象进行了数值模拟。在计算中，利用热焓法处理了固-液相变过程，并根据热流方程考虑了气化产生的能量损失。在入射激光功率密度相同的条件下，定量地描绘了不同脉宽激光辐照材料的温度分布，前表面的温度历史，以及气化速度和气化深度,并估算出气化深度为0.5 μm时,物质蒸汽使激光产生光学自聚焦现象的激光功率阈值仅为0.2 W,此阈值远小于长脉冲激光的功率。因此，在长脉冲激光与硅材料相互作用过程中，气化的物质蒸汽会使后续激光产生光学自聚焦现象。得到的结果可为长脉冲激光的应用提供理论依据。

基于脆性材料在激光辐照下的断裂行为，将可控断裂激光切割技术应用于脆性材料的加工。为了分析脉冲激光辐照脆性材料过程及脉冲激光扫描过程中产生的断裂行为机理，采用数值计算方法建立了含有裂纹的三维有限元热弹计算模型。分析了脉冲激光辐照单晶硅片过程中温度场和热应力场的变化情况，并模拟计算了硅片边缘含有裂纹时裂纹尖端应力强度因子的变化。计算结果表明，在激光加热区域前后位置存在两个拉应力区，且激光加热区域靠近硅片边缘位置时，硅片边缘会产生较大拉应力；脉冲激光扫描硅片过程中，裂纹尖端的应力集中现象诱发材料持续开裂并引导裂纹沿激光扫描方向扩展。得到的结果与文献报道的裂纹扩展过程相符。

为了实现玻璃上的高效快速打孔，研究了使用长脉冲激光在石英玻璃上打孔的方法。通过在玻璃表面镀制ZrO2，解决了石英玻璃对1 064 nm激光吸收弱的问题。使用脉宽为1 ms、波长为1 064 nm的Nd∶YAG激光在石英玻璃上打出了深为1.55 mm的锥形孔。研究了激光打孔的能效比，结果显示，当激光的能量密度为6.8 kJ/cm2左右时，打孔的效能比最大，并分析了可能的原因。根据膜层及基底的吸收系数随温度增加而增加的特性，分析了形成锥形深孔的机理。采用在玻璃的双面都增加吸收层的方法，在玻璃上加工出柱状通孔。最后，分析和讨论了吸收层的热学性质和光学性质对打孔的影响，为提高打孔效率提供了设计方案。实验结果表明,使用单脉冲ms激光能够高效地在玻璃上打出小深孔，为提高玻璃打孔效率提供了新的思路。

The applied laser energy absorbed in a local area in laser thermal stress cleaving of brittle materials using a controlled fracture technique produces tensile thermal stress that causes the material to separate along the moving direction of the laser beam. The material separation is similar to crack extension, but the fracture growth is controllable. Using heat transfer theory, we establish a three-dimensional (3D) mathematical thermoelastic calculational model containing a pre-existing crack for a two-point pulsed Nd:YAG laser cleaving silicon wafer. The temperature field and thermal stress field in the silicon wafer are obtained by using the finite element method (FEM). The distribution of the tensile stress and changes in stress intensity factor around the crack tip are analyzed during the pulse duration. Meanwhile, the mechanism of crack propagation is investigated by analyzing the development of the thermal stress field during the cleaving process.

运用热应力切割脆性材料的可控断裂激光切割技术,是在切割过程中激光能量诱发的拉应力使材料沿光束移动方向分离来完成切割。材料的分离类似于裂纹的扩展且分离的过程是可控的。基于固体热传导理论,运用有限元方法建立了三维热弹计算模型。通过对脉冲激光扫描切割Al2O3陶瓷板过程中的温度场和应力场的变化情况进行模拟分析,得到了切割过程中温度场和热应力场的分布及随时间的变化规律。分析了激光照射陶瓷板期间,激光作用区域压应力与拉应力之间沿厚度方向的转化规律。进而根据可控断裂激光切割原理分析了陶瓷板裂纹沿脉冲激光扫描方向进行扩展的原因。