在氩气环境下对线切割316L不锈钢高粗糙度表面进行脉冲激光抛光实验,通过超景深显微镜拍摄激光抛光前后表面形貌并结合表面划线轮廓和粗糙度值,分析不同脉宽和能量作用形式下抛光表面形貌的演变规律和脉冲激光抛光作用机制。研究结果表明:在相同的单脉冲能量下,随着脉宽增加,表面由原始的“高峰深谷”形貌逐渐演变为“低峰浅谷”形貌,粗糙度由R_a=3.79 μm降至R_a=0.95 μm,下降74.9%。激光脉冲能量作用形式逐渐由“低频高能”向“高频低能”转变时,激光作用光斑痕迹逐渐消失,原始表面的峰谷均逐渐减少,激光抛光机制逐渐由“气化”和“熔凝”共同作用的方式转变为单纯的“熔凝”方式。粗糙度降低的最主要原因是激光对表面小凸峰的平滑作用。

激光打孔是激光在工业中最重要的应用, 是目前加工小孔中不可缺少的一种激光加工方法, 特别是对一些脆性材料如陶瓷、玻璃、蓝宝石、高温合金等。为了提高孔的加工质量, 设计了专用的光学系统进行旋转打孔, 利用皮秒激光器在蓝宝石和镍基单晶材料(DD6)上实现了无锥度打孔, 孔的圆度高>95%, 孔壁粗糙度Ra＜1.2 μm, 锥度<1°, 无重熔层和微裂纹。

激光打孔是激光在工业中最重要的应用, 是目前加工小孔中不可缺少的一种激光加工方法。为了实现精密打孔, 设计了五轴激光加工机床、外部光路系统、功率监测系统和CCD视觉系统, 并深入研究了对激光打孔入口孔形和出口孔形、锥度、重熔层等有很大影响的激光偏振态及打孔方式, 确定了利用径向波片进行偏振控制, 旋转打孔作为打孔方式的光路系统。在系统中利用皮秒紫外激光实现了锥度可控、圆度高、侧壁光滑的精密打孔, 并且通过工艺实验验证, 证明了上述设计方法的优越性。

采用3 kW半导体激光在45#基体上激光熔覆Co/B4C复合材料, 并研究了B4C含量对熔覆层裂纹、组织和硬度的影响规律, 获得了最佳的B4C含量。结果表明, B4C含量从w(B4C)＝1.0 %增加到w(B4C)＝2.0％时, 熔覆层无裂纹和气孔等缺陷, B4C达w(B4C)＝3.0%时, 熔覆层出现裂纹; 熔覆层与基体呈冶金结合, 呈致密均匀的枝晶组织, 枝晶组织随B4C含量增加逐渐细化; 随着B4C含量的增加, 熔覆层的显微硬度由无B4C的HV0.2 400提高到约HV0.2 900, 强化效果显著。

采用3 000 W光纤激光器对5 mm紫铜板进行切割, 分别研究了激光器功率、切割速度、辅助气体压力、离焦量的变化对切割质量(包括切缝宽度、热影响区域宽度、断面粗糙度, 挂渣量等)的影响规律, 并利用正交实验确定影响切割缝宽和断面粗糙度的因素主次关系, 优化出最佳切割参数。实验结果表明, 采用功率2 600 W, 速度1.4 m/min, 氧气压力16 bar, 负离焦4 mm的参数切割5 mm紫铜板可以得到切缝窄、断面光滑、无挂渣的良好切割质量。

为了研究模具材料半导体激光表面强韧化工艺，采用半导体激光表面淬火工艺，进行了7CrSiMnMoV,Cr12MoV,CrMo铸铁等典型模具材料半导体激光淬火的工艺研究，得到了不同模具材料优化的激光工艺参量。结果表明,激光表面淬火后的硬度满足模具材料的使用要求。这一结果为激光模具表面强韧化处理提供了可靠的保障。

传统的激光器作为光源对Al2O3陶瓷进行划线时，线宽满足不了精密划线的加工要求。现采用光纤激光作为光源对Al2O3陶瓷进行了划线的实验研究，分析了不同工艺参数对划线效果的影响。在功率100W，占空比30％，速度2400mm/min，频率800Hz，气压0.15Mpa的参数下，获得了20um的划线宽度、0.22mm的划线深度的划线样品。结合实际加工要求，给出了最佳的工艺参数，并提出了后续尚待改进的问题。

在LD端面抽运的Nd∶YVO4激光器中插入Cr4+∶YAG晶体，获得了稳定的1.06 μm波长的高重复率被动调Q脉冲激光输出。实验研究了抽运功率、腔长、输出镜透过率对输出功率的影响，以及不同抽运功率下脉冲重复频率和脉冲宽度的变化，并对结果进行了理论分析。当腔长为8 cm，抽运功率为27 W时，得到重复率37.8 kHz、平均功率3.5 W的调Q脉冲序列；单个脉冲能量为93 μJ、脉宽为24 ns、峰值功率为3.9 kW。

介绍了自行研制的绿激光显微精密修调机，分析了其系统组成结构。该系统主要由激光器系统、激光聚焦及定位光学系统、精密数控系统及自动化测试系统组成。采用的半导体端面泵浦Nd∶YVO4电光调Q倍频532 nm激光器，保证了较高的峰值功率密度和光束质量，激光聚焦及定位光学系统保证了更小的聚焦光斑。经测试表明绿激光显微精密修调机的生产效率比国外同类设备提高了近50%，其技术指标达到了预期要求。

大模场面积(LMA)双包层光纤的采用, 极大地促进了光纤激光器单纤输出功率的提升, 但同时也使得激光器变为多模运行,输出光束质量变差。采用光纤拉锥的方法, 对大模场面积光纤激光器的输出模式进行了控制。实验采用43 μm直径,0.08数值孔径的双包层掺Yb大模场面积光纤, 在激光输出端前约10 mm处拉制了一20 mm长、纤芯最小直径9 μm的锥形区, 当抽运功率为119.1 W时实现了56.4 W的单横模激光输出。在实验的基础上, 对拉锥后光纤激光器的热力学特性进行了理论计算, 计算结果与实验现象相一致, 并为进一步提高拉锥光纤激光器的单模输出功率及其冷却方案的设计提供了一种思路。