近年来，制造业进入了新的发展时期，对表面抛光技术提出了新的要求，激光抛光技术的快速发展为表面抛光智能化高效化提供了新的途径。激光抛光技术具有无污染、应用广、抛光质量稳定和易实现自动化等优点，是一种极具发展前景的工业抛光技术。但是目前激光抛光技术还不够成熟，仍有一些技术难点亟待解决。从激光抛光机制、激光抛光工艺和激光抛光新技术等方面梳理了近年来激光抛光技术的发展现状，阐述了激光类型、材料特性、工艺参数、抛光机制和抛光质量等多个维度的相互关系，总结了激光抛光技术需要解决的问题，并浅析了激光抛光技术未来的发展趋势。

The flat plane of small surface roughness below 0.1 μm average roughness was obtained for monocrystalline diamond by nanosecond pulsed laser irradiation of 1060 nm and post-process acid cleaning, at a laser fluence around the material removal threshold value. The glossy and flat plane at the bottom of the micro-groove was parallel to the top surface of the specimen, although the round beam of Gaussian mode was irradiated in the direction perpendicular to the top surface of specimen. The square beam of top-hat mode produced a shallower micro-groove with a wider, flatter bottom compared with the round beam in Gaussian mode. The creation method of the flat plane with small surface roughness was discussed in the arrangement strategy of linear micro-grooving by the square beam of top-hat mode. Normal side-by-side repetition of linear micro-grooving did not create a flat plane with constant depth. Therefore, a two-step scanning method was proposed in order to overcome the problem in the normal side-by-side repetition of liner micro-grooving. Non-removal areas were partly retained between the processing lines in the first step, and the laser scanning was conducted on the retained area in the second step. The newly proposed two-step scanning method was practical and useful to create a widely flat plane with small surface roughness, and the two-step scanning method provided superior control over the micro-groove depth. This proposed method can reduce the surface roughness in addition to the shape creation of monocrystalline diamond, and it can be used as a high-quality micro-shape fabrication method of monocrystalline diamond.

本文设计并搭建了一套激励光和超声探测器对向共轴共焦的具备亚细胞尺度成像分辨率和毫米级成像深度的光学分辨率光声显微成像（OR-PAM：Optical-resolution photoacoustic microscopy）系统。与基于多纵模脉冲激光激励的光声成像系统相比，使用自制的单纵模纳秒532 nm 脉冲激励光源，将光声探测的信号强度提高了1.35 倍，测得成像系统的轴向分辨率为18 m，横向分辨率为8 m，成像深度为1:54 mm，成像深度-横向空间分辨率比达192.5。利用研制的OR-PAM 系统对嵌有碳纤维丝的仿体样品以及活体小鼠的耳朵进行成像，获得了高分辨率的图像。

加工效率低、表面完整性差以及严重的刀具磨损是微细铣削TiAl金属间化合物的主要原因。提出一种激光诱导可控氧化辅助微细铣削的复合加工方法,针对纳秒脉冲激光诱导氧化TiAl金属间化合物开展研究。主要分析了不同激光参数以及辅助气体对材料氧化行为的影响规律,揭示了TiAl材料的氧化机理以及氧化层与过渡层的形成规律与特征,为后续微细铣削加工中的参数选择提供了理论依据和数据支持。研究结果表明:TiAl材料在激光辐照下发生氧化反应并生成了疏松易去除的氧化物,生成的氧化层与过渡层随着激光能量密度的增大而变得越厚;随着激光扫描速度的加快,氧化层厚度逐渐减小,而激光扫描速度对过渡层厚度的影响不显著。此外,在相同的激光参数下,富氧环境对材料的氧化效果最佳。TiAl金属间化合物在优化的激光参数(激光能量密度为8.82 J/cm ²和扫描速度为1 mm/s)和富氧环境氛围下获得的氧化效果较优,生成的氧化层与过渡层厚度分别达到了66 μm与22 μm。

采用COMSOL Multiphysics建立了纳秒脉冲激光清洗2024铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的有限元模型,分析了不同参数对激光清洗温度场和清洗深度的影响,并进行了实验验证。结果表明:扫描速度以搭接率的形式影响清洗效率,扫描速度越慢,清洗速率越小,当搭接率为50%时具有合适的清洗效率;随着激光能量密度增加,漆层表面和基体表面的最高温度线性升高,当激光能量密度达到25 J/cm 2时,激光辐照区域的漆层材料完全被去除,铝合金基体的烧蚀深度为50 μm;在激光能量密度为25 J/cm 2,搭接率为50%的实验参数下,基体表面沟槽峰谷高度为50.234 μm,在此参数组合下可以获得良好的符合涂装工艺要求的表面。该结果可为研究纳秒脉冲激光清洗及其工艺参数的选择提供参考。

纳秒激光诱导空气等离子体存在从紫外、 可见、 近红外乃至射频微波的宽谱段辐射, 但目前的研究大多关注紫外到可见波段的光谱辐射。 激光等离子体作为一种新型的红外辐射源具有很多优势, 相比于红外干扰弹以及红外干扰手段而言, 空气等离子体红外辐射源可以灵活布置, 成本低廉, 因此研究空气等离子体的红外辐射特性就很有必要。 针对目前脉冲激光诱导空气等离子体的红外干扰研究需要, 对激光波长为532 nm的纳秒脉冲激光诱导空气等离子体的红外辐射特性进行实验研究, 探讨激光能量对空气等离子体红外辐射强度的影响规律, 以及空气等离子体红外辐射的角度分布特性, 分析了等离子体红外辐射的可能产生机制。 实验结果表明, 激光诱导空气等离子体在950～1 700 nm范围内的红外光谱为线状谱和连续谱的叠加。 其中线状谱主要是氮和氧的中性原子谱线, 并且氮原子红外辐射占主导。 随着激光能量的增加, 由于空气击穿产生的氧和氮原子数量增加, 导致空气等离子体红外辐射的谱线强度逐渐增大。 随着红外探测角度的变化, 在探测角度为75°时, OⅠ 1 12863 nm和NⅠ1 24696和1 36242 nm谱线强度达到最大, 在探测角度为120°时, NⅠ 1 01146和1 05396 nm谱线强度达到最大, 这是因为空气等离子体红外辐射强度随探测角度变化呈现空间非对称性, 表明空气等离子体内不同粒子的空间分布呈现非对称性。

为了描述纳秒激光对钛合金打孔过程中孔的形貌及温度场的变化规律, 建立激光打孔的物理模型, 利用ANSYS中APDL语言进行编程, 对温度场进行仿真分析, 并利用单元生死技术模拟孔形貌的变化过程。从有限元数值模拟和实验两方面综合分析比较了激光工艺参数(脉冲能量和脉冲数量)对打孔质量(孔深和孔径)的影响, 系统论述了钛合金纳秒激光打孔的一般规律, 以达到工艺参数优化, 提高打孔质量的目的。