空间高能粒子辐照航天器电子器件诱发的毁伤和热演化特征, 直接关系到航天器的在轨安全运行和在轨任务的顺利实施。本文利用自行构建的飞秒脉冲激光辐照系统、激光诱发毁伤的数据采集系统、数据读写系统和红外热成像系统, 开展了不同激光输出重复频率、不同作用区域下辐照铁电存储器(FRAM)实验, 获取激光辐照于铁电存储器被照面的稳态温度场和铁电存储器的暂态失效和永久失效出现时间, 并观测了辐射效应对铁电存储器的毁伤效果, 经MATLAB软件处理得到了激光辐照铁电存储器不同区域热演化过程的温度场分布。实验结果表明: 在激光输出功率近似相同的飞秒脉冲激光辐照条件下, 激光脉冲输出重复频率越低, 诱发永久性毁伤出现时刻的时间越长, 近似呈非线性增长; 随着激光输出重复频率的增大, 激光对铁电存储器的作用由激光电离存储器介质产生的高能带电粒子对铁电体自发极化的破坏为主, 逐步转变为以热辐射与热应力诱发的毁伤; 当激光在器件表面产生的最高温度接近存储器最高工作温度时, 永久毁伤的出现时间将显著延长。并通过对回归参数的计算和假设检验, 给出了回归参数的置信度1-α为95%的条件下激光辐照区域1与区域2的最高辐射温度与激光输出重复频率的拟合关系式。

通过控制激光偏振与扫描方向，利用飞秒脉冲激光正交线扫描的微加工方式，在硅和不锈钢表面诱导出了规则分布的复合表面微纳结构并分析了激光能量密度对微纳表面结构形成的影响。实验显示：当激光的能量密度接近材料烧蚀阈值时，在硅表面诱导出了周期条纹嵌套纳米孔的双层复合二维结构，在不锈钢表面则诱导出了依赖于激光偏振方向的纳米点阵列分布，分析认为纳米点阵列是由周期条纹结构边缘发生断裂而生成的。另外，当激光的能量密度大于材料烧蚀阈值时，在硅和不锈钢表面会烧蚀出规则分布的微米级孔洞结构。实验结果表明:第一次扫描诱导出的表面微纳结构增加了对入射激光的吸收，促进入射激光与表面等离子体波的耦合，加强了后扫描的烧蚀效果，使得后扫描诱导出的微纳结构占主导。文中提出的正交线扫描的加工方式为微纳表面结构的制备提供了新的思路。

采用螺旋打孔技术, 在不同的激光进给速度下在TiC陶瓷上加工了微孔。用扫描电子显微镜分析了微孔形貌, 利用能量色散谱仪研究了激光加工前后材料化学成分的变化, 并结合Ｘ射线光电子能谱术(XPS)讨论了材料化学键的变化, 探讨了利用飞秒激光加工TiC陶瓷过程中材料的去除机理。结果表明: 所得到的微孔具有较好的形貌特征, 孔边缘没有出现明显的微裂纹。微孔入口圆度达98%以上, 入口直径略小于出口直径。激光进给速度对入口处孔边缘的微观形貌影响较大。进给速度较低时, 激光切蚀区域出现平行的条纹状周期结构, 随着进给速度的增加, 表面以混沌的颗粒状结构为主。在较低或较高的进给速度下, 重铸层都会出现更为剧烈的氧化现象, 实验显示最佳的进给速率应在6.4 μm/s 左右。XPS分析显示材料的去除主要是通过多光子吸收, 在加工过程中发生Ti-C键的断裂产生的Ti离子被氧化后会生成TiO2和Ti2O3。

采用脉宽为35~65 fs,中心波长为800 nm的飞秒脉冲激光对经抛光的镍片进行表面扫描处理，并在金属表面上制备了彩色镍图案; 设置不同的激光扫描速度和能量密度扫描处理不锈钢表面，亦制备了彩色图案。介绍了实验过程，分析了实验结果，扫描电子显微镜（SEM)形貌分析显示，经过飞秒激光扫描处理的金属表面出现了纳米量级的激光诱导周期表面结构（NC-LIPSS），在镍上形成的结构周期约为480~510 nm，在不锈钢上形成的结构周期约为480~540 nm。

采用飞秒脉冲激光在空气条件下扫描处理镍片表面,制备了彩色镍。用扫描电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、拉曼光谱仪等对其进行了表征。扫描电子显微镜测量显示，彩色镍表面出现了纳米激光诱导周期表面结构，结构周期为480～510 nm；紫外-可见-近红外分光光度计测量表明，彩色镍对波长为200～2 200 nm的光的反射率大大降低；拉曼谱表明样品表面形成了一定含量的氧化镍。

采用飞秒激光(800 nm, 120 fs, 3 W, 1 000 Hz)制备类金刚石膜, 研究了不同偏压、生长温度和氧气氛等辅助手段对激光沉积类金刚石膜的影响, 实验发现在室温(25 ℃)、无偏压和低气压氧气氛(2 Pa)条件下沉积的类金刚石膜性能最优。在单面预镀普通增透膜的硅红外窗口材料上镀制出了无氢类金刚石膜, 3~5 μm 波段平均透过率达到90%以上, 纳米硬度高达40 GPa, 用压力为9.8 N的橡皮磨头, 摩擦105次, 膜层未见磨损, 并且通过了军标规定的高温、低温、湿热、盐雾等环境试验, 所制类金刚石膜可对红外窗口起到较好的增透保护作用。

利用双曲-双温两步热传导和热电子崩力模型，考虑到晶格温度与应变速率的耦合效应，得到了用于描述飞秒激光作用下金属薄膜热力效应的超快热弹性模型。以飞秒脉冲激光辐照金属铜薄膜为例，运用具有人工粘性和自适应步长的有限差分算法，对不同能量密度和脉冲宽度条件下薄膜体内温度场和应力场的变化规律进行了数值模拟，对比分析了电子晶格耦合系数对超快加热过程的影响。结果表明，飞秒脉冲激光辐照早期为明显的非平衡加热过程，电子温度迅速升高，而晶格温度的升高却相对较慢；激光辐照早期的热力耦合效应导致薄膜前表面附近的热应力表现为压应力，随着时间的推移，热应力由压应力转变为张应力，为激光加工和激光对抗提供了理论参考。

将单脉冲能量约为2.5 nJ、脉宽为25 fs、对应峰值功率为0.1 MW的的800 nm钛宝石激光耦合到长为 10 mm,芯径为1.8 μm的光子晶体光纤中,产生了耦合效率约为17%、谱宽覆盖可见光及近红外波段的超连续光谱。

研究了45 fs和6 ns的强激光脉冲作用铝靶等离子体的发射光谱特性，发现在飞秒下X射线发射以K壳层为主，等离子体的温度(500 eV)，电子密度(3×1021/cm3)比纳秒情况(100 eV，2×1020/cm3)下要高；铝等离子体的X射线发射长度短而且强区更靠近靶面。