为了改善55号钢在传统淬火过程中的不足，笔者采用连续高功率光纤激光器作为热源进行辐照，以期使55号钢表面获得更好的组织和更高的表面硬度。利用单一变量原则获得了不同功率下的激光重熔与激光淬火工艺参数，研究了两者对55号钢微观组织和硬度的影响。结果表明：激光重熔比激光淬火具有更好的硬化效果。在保证试样表面平整的前提下，淬火试样获得的表面硬度和硬化层深度分别为446~520 HV、621~709 μm，而重熔试样获得的表面硬度和硬化层深度分别为480~613 HV、709~813 μm。通过分析硬化层的微观组织、物相、元素组成，发现这主要归因于重熔试样的硬化层中具有比淬火试样更多的马氏体、更均匀致密的微观组织以及更少的未熔碳化物。本研究结果为55号钢表面激光硬化提供了参考。

数值研究了由同心C3型孔和圆环孔单元结构组成的复合超表面在近红外波段内的表面等离子体三重法诺共振效应与光学传感现象。研究结果表明，通过改变C3单元结构的对称性破缺不仅能够诱导产生可调的多重法诺共振效应，还能构建基于该效应的自参考光学传感。此外，通过改变圆环单元结构的内半径能够实现基于法诺凹陷深度的辐射监测传感。该研究为设计紧凑、可调谐的法诺共振光子器件提供了新的视角，同时可将周期性亚波长金属纳米结构扩展至生物传感和光通信领域的相关应用。

为了研究激光切割UO₂陶瓷芯块-316Ti不锈钢复合结构温度场的分布，考虑了材料的热物性参数与温度的关系，运用ANSYS有限元软件模拟了该复合结构的激光切割过程，通过ANSYS的Fluent模块实现激光热源C语言程序的UDF加载与编译。研究了不同激光切割工艺参数下的温度分布云图，结果表明：温度分布主要呈现为类彗尾状；最高温度集中在切割热源中心处，工件表面的最高温度随着激光功率的增加和切割速度的降低而升高；当激光功率过小或切割速度过大时，工件会因热量输入不足而切不透；当激光功率过大或切割速度过小时，切缝会因材料熔化区域变大而变宽。仿真结果可以对实际切割过程的工艺参数优化提供参考。

为提高医用TC4钛合金表面熔覆羟基磷灰石(HA)涂层的植入稳定性和生物活性, 采用激光熔覆方法制备出不同含硅量的CaP生物陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了熔覆层组织形貌和物相组成。结果表明: 添加SiO2(1wt.%、3wt.%)后形成Ca2SiO4相, 熔覆层中部组织细化。通过电化学腐蚀和体外SBF浸泡实验研究了SiO2含量对涂层耐腐蚀性和生物活性的影响。电化学腐蚀结果表明: 随着SiO2含量的增大, 涂层表面腐蚀电流密度逐渐减小; 体外SBF浸泡结果表明: 添加SiO2可以加快涂层表面类骨磷灰石的形成, 其中, 添加SiO2为1wt.%时涂层表面类骨磷灰石呈均匀分布。因此, 低含量SiO2可以提高生物陶瓷涂层的耐腐蚀性和生物活性。

采用5 kW横流CO2激光器对表面预涂覆HA和SiO2混合粉末的TC4钛合金激光熔覆获得低含硅量生物陶瓷涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)分析熔覆层的显微组织与物相成分, 通过模拟体液(SBF)浸泡实验初步探讨涂层的生物活性, 并通过电化学腐蚀中的动电位扫描实验研究涂层在SBF中的腐蚀行为。实验结果表明, 低含硅量生物陶瓷涂层与基体呈冶金结合, 在SBF中熔覆层的腐蚀电位与基材相比提高了84.4 mV, 腐蚀电流密度下降了约6倍, 在SBF中浸泡7天后熔覆层表面沉积了大量的类骨磷灰石, 熔覆层表现出良好的耐腐蚀性和生物相容性。

运用分子动力学模拟的方法,采用LAMMPS程序模拟了六方晶格结构的4H-SiC材料辐照下级联碰撞过程。先建立4H-SiC晶体结构模型,再模拟了不同能量的初始碰撞原子(PKA)级联碰撞产生点缺陷的演化。模拟结果表明,总的点缺陷包括空位缺陷、间隙原子和反位缺陷,并以空位缺陷和间隙原子为主,给出空位缺陷与间隙原子的空间分布图；级联碰撞产生的空位缺陷数量与PKA能量成线性关系；空位缺陷与间隙原子的空间分布,特别是空位缺陷与间隙原子聚集区域,与PKA能量有密切关系。上述结果为分析4H-SiC基材电子器件在辐照环境下电学性质变化提供理论基础。

采用结合双温模型的分子动力学的方法, 数值模拟了脉宽100 fs, 能量密度为40~200 mJ/cm2的飞秒激光与CuZr非晶合金的相互作用过程。低能量密度下, 靶材的烧蚀机制主要表现为机械破碎; 高能量密度下, 热机械蚀除和相爆炸共同存在于靶材的烧蚀过程, 随着能量密度的增加, 相爆炸成为主要蚀除机制。利用径向分布函数分析了CuZr非晶合金结构的无序性, 分析结果表明, 激光能量密度由80 mJ/cm2增加到120 mJ/cm2时, 飞秒激光与靶材相互作用过程中, 材料内部的原子保持着无序状态, 材料未发生明显晶化。

采用结合双温模型的分子动力学方法, 研究了典型脉宽飞秒脉冲激光与镍钛二元形状记忆合金相互作用时能量密度对靶材烧蚀深度的影响。模拟了脉宽为100 fs, 能量密度为0~125 mJ/cm2的单脉冲激光辐照90 nm厚镍钛合金薄膜的过程。模拟结果表明, 飞秒单脉冲激光烧蚀镍钛二元形状记忆合金会产生两种不同的烧蚀相。能量密度较低时, 烧蚀结果呈现弱烧蚀相, 烧蚀深度较低, 并且与光学穿透深度相关; 能量密度较高时, 烧蚀结果呈现强烧蚀相, 烧蚀深度大幅度增大。采用“拼花法”对高斯飞秒脉冲激光辐照镍钛靶材的形貌进行预测, 发现使用能量密度为阈值附近的飞秒激光辐照靶材时, 能够获得底部较为平坦的烧蚀弹坑。

为提高AZ80 镁合金的表面性能，在低温流水冷却条件下采用预置粉末激光熔覆法在镁合金表面制备Al63Cu27Zn10 (原子数分数，%)涂层。利用X 射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站对熔覆层和基体的微观组织与性能进行了表征和分析。结果表明：熔覆层组织均匀致密，与基体呈良好冶金结合，熔覆层主要由α-Mg，二元相Al17Mg12、AlMg、Al3Mg2，三元相Mg32Al47Cu7、AlMg2Zn、MgAl2O4和非晶相组成。熔覆层的显微硬度为375~683 HV，是基体(92 HV)的4~7 倍，熔覆层相对耐磨性为基体的3.2 倍，电极电位提高了389.5 mV，腐蚀电流降低了两个数量级。经激光熔覆Al63Cu27Zn10 (原子数分数，%)涂层后，AZ80 镁合金基体的耐磨耐蚀性能得到较大改善。

采用三维时域有限差分方法,对比研究了石英基底上周期性亚波长圆形、纽扣形、半圆形和太极形四种具有不同对称性的孔阵列微结构金属膜的增强光透射特性,并分别探讨了阵列周期、小孔尺寸对这四种阵列结构透射特性的影响.结果表明增强光透射特性对单元结构对称性具有很强的依赖性：在超短高斯光脉冲激励下,随着单元结构对称性的降低,归一化透过率逐渐增大,红外波段的透射峰发生大量红移,且其与可见光波段的透射峰之间的距离逐渐增大,在对称性破缺的太极形孔阵列中两峰间距最大,可达1 300 nm左右.表面等离激元模式与局域表面等离子体共振模式在增强光透射现象中起着重要的作用.在可见光波段,表面等离激元模式是这四种阵列结构的光透射增强的主导性因素;在红外波段,局域表面等离子体共振模式对单元结构对称性较差孔阵列结构的增强光透射特性有着显著影响.