翘曲变形与开裂是激光沉积制造大型整体结构的瓶颈，限制了该技术的发展。为解决这一难题，笔者基于表面形貌监测系统提出了一种翘曲变形原位检测及开裂预测新算法。通过坐标系校准、滤波降噪、曲面重构等实现了原位检测与数据预处理，采用旋转切片和平行切片两种方案求取切片与重构表面的交线，计算交线的翘曲角与翘曲角变化量，根据翘曲阈值与开裂阈值判定翘曲变形并预测开裂。设定的阈值与制件尺寸呈反比关系，与翘曲度呈正比关系。实验结果表明：翘曲样件X向的最大翘曲角为3.98°，且该方向所有交线的翘曲角均超出了翘曲阈值（3.27°），判定发生翘曲变形；薄壁件开裂影响区内翘曲角的最大值在第46~51层呈连续正增长趋势，翘曲角变化量为1.58°，且80%的交线的翘曲角变化量超出了开裂阈值（1.53°），判定即将发生开裂，继续沉积至第55层时出现开裂。通过实验证实了所提算法检测翘曲与预测开裂的有效性，对激光沉积制造技术的发展具有重要意义。

中子散射和衍射是现代科学检测技术的重要领域之一，中子谱仪是实现中子检测的核心装置。中子薄膜器件及其光学系统可以实现中子束传输、聚焦、准直、极化等状态的调制，是构成中子导管、准直器、弯管、极化器、翻转器等中子光学装置的核心器件，可以提升中子传输效率，简化中子光学仪器结构，是中子谱仪功能实现和性能提升的关键。同济大学精密光学工程技术研究所，面向我国各类中子源应用谱仪开发的需求，聚焦中子薄膜器件关键制作技术创新，解决了中子超镜和极化中子薄膜翻转元件的制作问题；以高端薄膜器件支撑了高性能中子光学系统的研制，成功研制出中子导管部件、基于超镜的多层嵌套式中子聚焦系统、高通量高空间分辨率的中子多通道KB聚焦系统，成功应用于国内大型和小型中子源的谱仪装置，支撑了我国小角散射、粉末衍射、自旋回波等中子谱仪的自主研发和升级改造。

针对彩膜小尺寸高分辨率平板电脑产品的曝光基台色斑(Stage Mura)不良, 对异常区域各项特性进行分析, 发现Mura区域的黑矩阵(BM)的关键线宽(CD)和坡度角形貌与正常区存在异常。推测原因为曝光时,不良区域与正常区域曝光温度和曝光间隙存在差异, 并进行试验验证。将曝光温度和曝光间隙进行调整试验后, 使用扫描电子显微镜(SEM)分析黑矩阵关键线宽(BM CD)和坡度角, 确认改善措施能减少正常区域和Mura区域BM CD和坡度角差异, 不良发生率由72%降低为1.4%。进一步调整BM膜厚, 从整体上弱化正常区域和Mura区域的透过率差异, 最终基台色斑不良率降低至0.7%。

为了解决遥感遥测、自动导航、电子战等领域中常常涉及到障碍物定位问题, 在单向抛物方程法的逆算法的基础上提出了双向抛物方程法的逆算法。应用该逆算法对大气波导环境中的障碍物进行了探测和定位, 采用插值法分析了大气波导对障碍物定位精确度的影响。仿真结果表明, 通过双向抛物方程法的逆算法可以对传播路径上的障碍物进行探测和定位, 而且大气折射率变化会对定位精确度产生较大影响。

激光焊接技术具有单位热输入量少、热变形小、焊缝深宽比大、焊接速度高、可焊接复杂结构件、易于实现远程焊接和自动化等明显优势, 在汽车制造中得到广泛应用。本文分析了预置填充稀土粉末对1 mm厚6061铝合金激光焊接组织和性能的影响。试验表明, 直接焊接的焊缝平均显微硬度为44.5 HV, 填充稀土粉末的焊缝平均显微硬度为50.1 HV, 达到母材硬度的83.1%; 但稀土含量过高容易促进焊缝氢气孔的产生, 使得焊缝硬度分布不均匀; 降低焊缝的抗拉强度, 未填充稀土粉末的焊缝平均抗拉强度为111.04 MPa, 达到母材的89.5%, 而填充稀土粉末的焊缝平均抗拉强度为89.06 MPa, 仅为母材的71.8%。

为了提高不锈钢桨叶的表面耐磨蚀性能,采用激光合金化技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备了MnAl2O3和MnAl2O3NiWC合金化层,原位获得均由枝晶、共晶和未熔氧化铝颗粒组成的高锰钢基复合耐磨蚀涂层,并通过正交试验研究了两种合金化层的显微组织和耐磨蚀性能。结果表明,所有的正交参量下激光合金化MnAl2O3均可提高不锈钢的耐磨性,但耐蚀性有的提高,有的降低;参量因素对合金化层耐磨性的影响顺序为Al2O3添加量、扫描速率、激光功率,对耐蚀性的影响次序则恰恰相反;Al2O3添加量决定了MnAl2O3复合涂层中硬质相的含量,从而决定了涂层硬度和耐磨性;两种合金化层表面均发生晶界腐蚀、晶粒内和晶界处的点蚀,其耐蚀性与其多种组织、物相及各自的化学成分和耐蚀性及组织均匀性相关。

为了提高SUS 304不锈钢表面的耐磨损、耐腐蚀性能, 采用激光表面合金化的方法制备了Cr-CrB2层, 并进行了理论分析和实验验证, 取得了合金化层的组织和物相以及电化学腐蚀性数据。结果表明, 合金化层组织致密、晶粒细小, 与基体形成冶金结合, 合金化层由奥氏体、马氏体、铁铬固溶体、碳化物和铬硼化合物组成; 合金化层的耐蚀性得到提高, 腐蚀速率降低, 合金化层的极化曲线具有较长的活化-钝化区间; 不锈钢基体发生严重的晶界腐蚀和点蚀, 晶界腐蚀以孪晶晶界腐蚀为主, 合金化层表面发生晶粒间的晶界腐蚀, 伴有晶粒和晶界处的点蚀现象, 点蚀坑明显小于基体表面的点蚀坑。这一结果对提高SUS 304不锈钢表面的耐磨损、耐腐蚀性是有帮助的。

数值模拟研究大气湍流的核心问题是构造准确且计算量小的大气湍流相位屏，以正确反映折射率的变化特性。根据大气湍流统计特性，采用分形方法数值模拟了方形大气湍流相位屏。对模拟结果进行统计分析，并与结构函数理论值对比，得到符合Kolmogorov统计规律的大气湍流相位分布。以此为基础，分析了分形法模拟大气湍流相位屏的性能。结果表明，分形法生成的方形相位屏在统计特性上与理论值基本吻合，从低频、中频到高频部分，由于分形迭代次数的增加，误差累加，相位屏模拟误差增大。随着相位屏采样点数量的增加，相位屏的模拟精度降低，同时所需模拟的相位屏数量增加。随着相位屏数量的增加，不同强度的大气湍流相位屏模拟精度趋于相似。

基于折射式棱锥波前传感器, 结合二元光学原理, 设计一种衍射式棱锥波前传感器。对衍射式棱锥的波前探测原理进行了理论推导, 计算了单项 Zernike像差通过两种波前传感器后四个子光瞳像的光强分布, 对两种器件对不同像差的平均斜率测量精度和光能利用率做了定量计算和比较。计算结果证明衍射式棱锥器件可以对波前像差进行有效探测, 构建微型人眼波前像差测量系统。