由于等离子体是激光诱导击穿光谱（LIBS）的光谱源, 其内部粒子的分布结构将直接影响LIBS谱线的信噪比, 因此研究等离子体粒子分布结构和动态膨胀过程对提高LIBS的定量测量精度具有指导意义。 利用时间、 空间、 波长分辨的双波长差分成像技术分析激光诱导铝锡合金产生的二元等离子体, 获取等离子体内各态粒子发射率的时空分布图像, 以期探索不同激光支持吸收波（LSAW）类型的等离子体内各态粒子时空分布结构的演化机制。 实验通过低、 高激光辐照度的脉冲激光, 分别构建了激光支持燃烧波（LSCW）和激光支持爆轰波（LSDW）型等离子体。 通过观察等离子体的形态、 内部结构、 粒子分布、 粒子寿命, 结合元素的物理性质及谱线属性, 分析了激光与金属及等离子体之间的相互作用, 形成了二元激光等离子体的时空演化机制。 结果表明: （1）激光辐照度会改变等离子体的粒子分布结构; （2）低辐照度激光诱导产生的LSCW型等离子体内部有明显的层状分布, 激光主要吸收区位于蒸汽等离子体, 此时粒子的寿命较短, 分布结构主要依赖于元素熔点, 低熔点元素会先从难混溶合金表面熔化并析出, 分布于蒸汽等离子体顶部; （3）高辐照度激光产生等离子体的传播模型为LSDW型, 其内部蒸汽等离子体与冲击气体层有很大的混合区域, 激光主要被冲击气体层所吸收, 此时粒子寿命延长, 分布结构主要依赖于元素的相对原子质量。 高激光辐照度会使难混溶合金表面烧蚀区域内的粒子同时汽化, 粒子速度与相对原子质量的平方根成反比, 即相对原子质量小的粒子飞行速度快, 分布在蒸汽等离子体顶部。 以上等离子体粒子分布结构的时空演化机制有望普适于其他元素甚至多元等离子体情形。

基于声学法对1064 nm和355 nm激光脉冲作用金属铝板的激光支持爆轰波(LSDW)点燃阈值进行了研究，理论分析了激光等离子体声波压强与冲击波的膨胀速度关系，开展了1064 nm和355 nm激光作用铝板靶的实验研究。实验结果表明等离子体声波存在时间为毫秒量级，其峰值强度呈指数衰减趋势。实验发现激光作用铝板产生的等离子体声波信号幅度随激光功率密度的增加而增加，但是在激光功率密度增加的过程中等离子体声波峰值强度出现两次跃变，由此判断出1064 nm和355 nm激光产生的LSDW的点燃阈值范围分别为(3.95～13.05)×108 W/cm2和(3.14～10.07)×108 W/cm2。分析了激光波长因素对LSDW点燃阈值的影响。

采用守恒元求解元方法，对描述激光支持爆轰波等离子体流场演化的二维轴对称流体动力学控制方程组进行了数值模拟计算，给出了不同时刻点的等离子体压强、密度、温度、速度及对激光吸收系数的空间分布，比较了初始密度不同的情况下等离子体演化的不同特点。计算结果表明，等离子体初始密度较大时，等离子体对激光的吸收系数较大，为了增强激光能量与靶面的耦合，应合理控制靶面等离子体密度、激光脉宽及脉冲间隔。

实验研究了波长为1064 nm、脉宽为10ns、重复频率为1 Hz的激光脉冲对K9玻璃的表面损伤特点，给出了脉冲透过能量随激光脉冲作用次数变化的规律。采用3维立体显微镜对损伤形貌进行观察，发现K9玻璃的损伤表面呈环状分布，分为烧蚀区、微裂纹区和断裂区。随着激光脉冲个数的增加，损伤由点状破坏演变为损伤区，微裂纹逐渐增长，损伤面积逐渐增大。基于激光支持的爆轰波理论分析，激光与脆性材料的相互作用可引起微裂纹的大量增长。在多脉冲激光的作用下，K9玻璃损伤的累积效应明显，表面损伤阈值明显降低，表面裂纹增长明显，损伤面积逐渐增大；但随着激光脉冲的继续增加，这种损伤趋于稳定。

不同功率密度的高功率激光与材料相互作用时将发生激光支持燃烧波或激光支持爆轰波的现象。为了获得激光支持爆轰波的点燃阈值，采用了波长为1064nm的激光作用在铝靶表面，产生的等离子体声波的峰值声压与作用激光功率密度间存在跃变阶段，并进行了理论分析和实验验证，取得了激光支持爆轰波的点燃阈值，与采用其它方法得到的结果基本吻合。实验结果对了解激光与物质相互作用机理和过程是有帮助的。