为了研究碳纤维环氧树脂在不同脉宽激光辐照下的损伤形貌, 采用全自动变焦测量技术进行了实验验证, 测量了碳纤维环氧树脂在毫秒/纳秒脉冲激光辐照下, 损伤面积、损伤深度以及损伤形貌随激光能量密度的变化。结果表明, 在毫秒脉冲激光作用下, 材料损伤区域中心会产生一定的温度积累, 损伤区域有一定的热效应, 出现熔融、热解等现象, 当激光能量密度为20.5J/cm2时, 材料的损伤深度达到了47.3μm, 材料表面析出的碳化物的高度为157.1μm, 损伤深度以及表面碳化物的高度都随着能量密度的增大而增大; 在纳秒激光作用下, 光斑周围有明显的热反应区域, 当能量密度大于47.3J/cm2时, 表面的热反应区尤为明显, 损伤面积随激光能量密度的增大明显增大, 由于作用时间较短, 损伤主要为表层损伤; 树脂热解的气体向外膨胀, 导致纤维结构断裂。研究结果为激光对碳纤维环氧树脂的损伤效果提供了实验依据。

开展了毫秒脉冲激光辐照单晶硅的实验研究, 基于马赫-曾德尔干涉技术测量了毫秒脉冲激光与单晶硅相互作用过程中的在线应力损伤。用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立了毫秒脉冲激光辐照单晶硅的数值仿真模型。从理论和实验两方面探讨了毫秒脉冲激光与单晶硅作用时, 相同脉宽不同能量密度下应力场随时间的演变规律。进一步研究了干涉条纹的处理方法, 基于传统x轴投影法提出了用45°投影法来计算材料各方向上的应变, 并对两种处理方法得到的实验结果进行了对比。结果显示: 与仿真结果相比, x轴投影法实验结果的误差为9.5%~29.3%, 而45°投影法实验结果的误差为0.1%~22.6%, 表明用马赫-曾德尔干涉法测量激光辐照单晶硅产生的在线应力损伤时, 采用45°投影法计算材料各方向上的应变结果更为准确。该实验和计算方法为单晶硅在线应力损伤的研究提供了理论和实验上的指导。

为了研究1064 nm激光对增透熔石英的热应力损伤机理以及等离子体分布等效应。基于热传导和气体动力学理论，探究了毫秒激光对增透熔石英的热应力损伤和致燃损伤的理论模型，利用comsol软件模拟了1064 nm激光作用增透熔石英时材料内部的热损伤、应力损伤以及激光支持燃烧波，模拟结果表明在激光光斑半径区域内，温升较为明显，形成较大的温度梯度，激光作用区域受热膨胀，其余区域会对膨胀发生抵制，因此材料内部产生应力，其中上表面的径向应力、环向应力在激光光斑边缘附近达到最大值，应力损伤应该先从辐照中心点或激光光斑边缘附近产生，同时发现等离子体的传播是稳态的，燃烧波的最大速度发生在最初时刻，并随着扩散时间逐渐变低。

为了测量毫秒脉冲激光辐照非透明材料的在线应力及应力应变演化的过程，基于光学干涉理论，针对大功率固体激光器与材料的相互作用，采用马赫-曾德尔干涉的方法，得到了材料损伤的干涉条纹。通过对干涉条纹变化的分析与处理，可以得到材料在线应力及其演化过程。基于光学干涉理论，选择单晶硅作为实验材料，建立comsol仿真模型，并在理论及仿真的基础上开展实验。实验与仿真的r(x)方向误差在11.7%~33.91%之间，z(y，z)方向误差在20.25%~31.34%之间，说明用马赫-曾德尔干涉的方法测量非透明材料的应力具有可行性。实验研究为激光与非透明材料作用过程中在线应力损伤及演变过程研究提供了一个新的方法。