激光冲击强化技术(LSP)是一种新型的激光应用表面处理技术。与传统表面改性技术相比，激光冲击强化技术能给材料带来更深的残余应力层，使材料表层晶粒细化甚至出现纳米晶，同时大幅提高材料的疲劳寿命。利用高能激光辐照约束层材料(黑漆、黑胶带或铝箔)，约束层材料在瞬间熔融气化并产生高温高压的等离子体。等离子体冲击波是一种爆轰波，可以通过C-J模型计算冲击波的峰值压力。等离子体冲击波在约束层(水、光学玻璃)的约束下向材料内部传播，其压力远远超过了材料的弹性屈服极限，材料经历了弹性-塑性变形，最终材料表面形成稳定的残余应力场并发生微弱的塑性变形。本文介绍了激光冲击强化技术的研究发展历程，在此基础上对该技术发展方向进行了展望。

The acoustic emission signal of laser plasma shock wave, which comes into being when femtosecond laser ablates pure Cu, Fe, and Al target material, has been detected by using the fiber Fabry-Perot (F-P) acoustic emission sensing probe. The spectrum characters of the acoustic emission signals for three kinds of materials have been analyzed and studied by using Fourier transform. The results show that the frequencies of the acoustic emission signals detected from the three kinds of materials are different. Meanwhile, the frequencies are almost identical for the same materials under different ablation energies and detection ranges. Certainly, the amplitudes of the spectral character of the three materials show a fixed pattern. The experimental results and methods suggest a potential application of the plasma shock wave on-line measurement based on the femtosecond laser ablating target by using the fiber F-P acoustic emission sensor probe.

在不同位置和激光辐照能量的条件下, 采用传声器采集并提取了等离子体冲击波的压强值及其起始时间信息,分析了等离子体冲击波在空气中的传播规律，拟合得到了冲击波声压值与激光辐照能量的关系函数。结果表明，激光等离子体冲击波以球面波形式在空气中进行传播，其声压值与激光辐照能量呈非线性的正相关关系。

为了研究并分析纳秒脉冲激光去除金属表面漆膜的机理，采用1064nm的纳秒激光对涂有漆膜的铝板样品进行了单脉冲辐照实验。依据热传导理论分别模拟出作用过程中漆膜以及铝板表层的温度分布，计算出漆膜与铝板界面处由于铝板基底热膨胀而产生的分离力，并分析了等离子体冲击波对去除漆膜的影响。结果表明，纳秒激光去除漆膜时力的作用为主导，其中热膨胀产生的分离力为漆膜的去除提供必要条件，漆膜对激光等离子体的约束最终导致其自身断裂和剥落。采用热力学理论对纳秒激光去除金属表面漆膜机理进行分析是可行的。

为了克服现有激光冲击强化离线检测方法的缺点，对基于激光等离子体冲击波效应的在线检测系统进行了研究。激光被工件表面的吸收层吸收，在约束层的约束下形成高温高压的等离子体，并以冲击波的形式向外传播。该系统对空气中传播的冲击波进行采样、存储、数字滤波和波形数据分析，提取声压水平因子，来判断激光冲击强化的效果。提出了具体的实施方案，设计出了结构简单、实现方便的激光冲击强化在线检测系统，并通过测量工件表面的残余应力验证测量数据的可靠性。实验表明设计开发的激光冲击强化在线检测系统反应灵敏,检测结果可靠。

针对参量振荡过程中铌酸锂表面的增透薄膜的损伤问题, 采用了XRD光谱法和形貌观测法对激光诱导薄膜损伤的形貌及其物理过程进行了深入地分析. 观测发现： 薄膜损伤点的特征是膜面出现凹陷的点坑, 周围分散着由厚到薄变化的沉积层, XRD光谱检测显示出现了薄膜材料的晶化. 利用杂质缺陷诱导薄膜损伤模型对以上损伤的形貌成因进行了分析. 研究表明： 杂质粒子对激光脉冲能量的强烈吸收会引起邻近光学材料的迅速熔化、 汽化和电离, 形成复杂物态结构混合物; 在激光等离子体冲击波作用下, 混合物发生喷溅扩散形成凹陷坑. 在扩散冷却过程中沉积物会发生结晶, X射线衍射显示出薄膜材料SiO2晶态的衍射峰.

为了定量客观地分析玻璃的体损伤形貌，运用基于改进的分水岭分割算法对其微观图像进行了分析处理，得到了损伤的范围和分类，同时结合激光等离子体冲击波与玻璃的相互作用机理对各个处理后图像的物理含义及其应用进行了分析。研究结果表明,图像的梯度图可以反映图像中裂纹的形状及其分布；滤波后的图像灰度可以反映损伤程度；目标区域的标记图可以标记损伤的区域；最终分割图像可以全面反映以上所有信息。根据图像分析结果可以定量计算出各个区域所占总面积的比例，即等离子通道区、熔蚀区、折射率变化区各约占总面积的15％，55％和30％。这说明激光能量先沉积到很小范围的等离子通道区，高温高压等离子体向外扩展形成大范围熔蚀区，随着距离的增大，冲击波压强迅速减小，形成折射率变化区。

详细分析了激光击穿空气和激光维持等离子体爆轰波(LSD)的传播机制, 基于Navier-Stokes方程建立了考虑湍流、等离子体辐射的流场分析模型, 采用有限体积法系统分析了推进器喷管内等离子体冲击波流场的演变规律, 研究了单脉冲激光能量大小和脉宽对推进性能的影响。数值仿真中明显捕捉到有关实验中观察到的马赫杆的产生与移动过程; 得出了推力和冲量耦合系数随脉冲能量、脉宽的变化关系, 计算结果与德国空间中心实验吻合得较好, 为脉冲激光器的选择和脉冲参数优化提供了参考依据。