针对Al5083纳秒激光划片过程中产生沟槽和凸起两种轮廓的问题, 研究了不同工艺参数下产生轮廓与映射声信号的关系。开展Al5083薄板纳秒紫外脉冲激光划片试验, 观察轮廓的微观形貌, 探究轮廓形成机制; 采集声发射信号, 小波包变换后分析声信号的差异性, 并开展支持向量机分析。微观观测结果表明, 凸起轮廓的成形机制包括熔融金属溅出受阻和凝固时产生的大量气孔。声信号分析结果显示, 沟槽轮廓对应的小波包分解系数的方差和包络面积显著高于凸起轮廓; 以小波包分解后的频谱为特征向量, 添加标签后使用高斯核支持向量机分类, 分类准确度达92.57%, 验证了小波包变换和支持向量机的结合在基于声信号的轮廓监测中的可行性, 为构建基于声发射的激光划片监测系统提供可行的技术路径。

针对InSb探测器芯片,基于紫外皮秒激光器搭建了定制化的光学平台和振镜系统。通过固定激光脉冲的重复频率,探讨了低能量多刀数以及高能量少刀数等工艺条件,获得了适合InSb探测器芯片激光划片的工艺条件。结果表明,热影响与崩边情况均可满足项目要求。

用波长为532 nm的调Q倍频激光器作为光源，对非晶硅太阳能电池板进行高速激光划线实验。通过原子力显微镜对不同激光扫描速度下划线蚀刻深度、热影响区尺寸、切口倾角以及线能量密度等进行测量，分析了划线效果对电池效率的影响。结果表明，当扫描速度为0.3 m/s时，划线效果较理想。

为了有效利用石墨烯和导电聚合物材料, 光雕石墨烯/聚3, 4-乙撑二氧噻吩(LSG/PEDOT)复合薄膜通过一种灵巧的光雕工艺制备出来。在此复合薄膜中, 每种组分对薄膜的电化学性能提升都有独特的贡献。循环伏安、交流阻抗及恒流充放电测试用来检测薄膜的电化学性能。结果显示, 在引入PEDOT纳米颗粒后, LSG/PEDOT复合薄膜显示出更好的能量存储能力。复合薄膜的比容量达到64.33 F/cm3, 是光雕石墨烯比容量(3.89 F/cm3)的20倍, 复合薄膜经过1000次循环后仍能保持初始容量的94.6%。复合薄膜电化学性能的提升主要是由于引入的PEDOT纳米颗粒既阻挡了石墨烯的层层堆叠, 又增加了整个薄膜的比表面积。此种灵活的光雕工艺还可以用来大规模制备超级电容器电极。

为了提高划切蓝宝石的成品率和划切效率, 研究了脉冲绿激光(波长532nm)的偏振性、脉冲激光能量、激光焦点位置、扫描速率、扫描次数等工艺参量对蓝宝石基片划切质量的影响。结果表明, 脉冲绿激光划切蓝宝石基片时, 扫描方向平行于入射面线偏振方向, 焦点位置为负离焦50μm, 可以获得良好的微划槽;脉冲激光能量增加, 划槽深度和宽度增加;扫描速率增加, 切槽深度减小, 划槽宽度先增加后减小;扫描次数增加, 划槽深度和宽度增加。这些结果对合理选择激光划切蓝宝石基片工艺参量以获得较好质量的刻槽有一定帮助。

采用波长为532 nm的脉冲绿激光对蓝宝石基片进行划切加工。首先研究单脉冲激光烧蚀加工蓝宝石材料，确定材料烧蚀阈值和产生裂纹阈值，分析激光能量密度与烧蚀凹坑深度和直径之间的关系，接着对纳秒绿激光烧蚀蓝宝石基片的热应力进行了分析，最后进行脉冲激光划切蓝宝石的工艺实验。研究结果表明：纳秒绿激光烧蚀蓝宝石材料主要是基于光热作用的机理。光热作用使得蓝宝石材料熔化、汽化，为材料去除提供条件，过大的热应力导致材料产生裂纹。综合考虑激光划切工艺参数（能量密度、扫描速度、扫描次数）以及材料表面处理方式等因素，获得了切槽宽度为20 μm，深宽比为7的良好切槽。

非晶硅薄膜太阳能电池制备过程中的激光刻线工艺要求刻线宽度在30 μm～50 μm之间，死区范围小于300 μm，刻线深度符合工艺要求。这不仅要求激光器具有较高的光束质量，而且要求光学系统具有较高的成像质量和较宽的焦深。设计了单激光器四分光路的激光刻线系统。采用设计的激光刻线装置，在1 400 mm×1 100 mm×3.2 mm玻璃基板上进行刻线试验，分别得到刻线P1，P2，P3的线宽为35 μm，50 μm和45 μm，死区范围(P1至P3的距离)为287 μm，最终深度分别为0.98 μm，0.24 μm和0.58 μm，刻线宽度和深度均符合薄膜太阳能电池制备工艺要求。

为提高薄膜太阳能电池的转换效率, 采用 1 064 nm与 532 nm纳秒激光器及 515 nm皮秒激光器对 a-Si和 CIGS薄膜太阳能电池的刻线工艺进行了实验研究, 获得了不同激光参数下的刻线效果。并结合当前市场情况与工艺水平, 提出了今后薄膜太阳能电池激光刻线的发展方向。

在单台面二极管晶圆的制备中，刀具划片存在速度慢、芯片崩边率高等问题。激光划片为非接触加工，成品率高。根据晶体硅的性质，对激光划片方向进行了讨论，分析了红外激光对硅片的作用机理。根据一维热传导方程导出的近似解析解，计算了功率和扫描速度影响下的去除深度。使用1064 nm脉冲光纤激光器完成了7.62 cm晶圆的激光划片，获得了崩边率小于1%，电性能合格率达到100%的样品。研究表明，去除深度影响芯片的崩边率，离焦量影响芯片的电性能。控制去除深度和离焦量进行划片会获得很高的良品率。

通过对叠层非晶硅薄膜太阳能电池制备工艺流程的讨论, 提出了在玻璃基材上刻划透明导电氧化物(TCO)层, 非晶硅(a-Si∶H)层和背电极层时需注意的关键工艺, 合适的激光器性能参数以及加工参数, 并根据这些理论参数进行了工艺实验的验证。使用输出波长为1064 nm的调Q激光器和输出波长为532 nm的调Q倍频激光器作为光源, 采用自行设计的4路分光聚焦系统, 在1064 nm激光总功率为16 W, 单路功率为4 W; 532 nm激光总功率为3 W, 单路功率为0.75 W, 重复频率为40 kHz, 扫描速度为1.2 m/s的工作参数下得到了较理想的刻线, 同时提高了加工效率, 分析了刻划时对刻线附近区域造成明显热影响, 导致电池效率下降的因素。提出了需精确控制的系统工作参数。