荧光超分辨显微技术自20世纪90年代诞生以来，经历了多代创新与发展，其空间分辨率已经远超衍射极限，横向分辨率能够达20 nm以下，可以实现分子尺度的生物成像与动态追踪。新一代超高分辨率显微技术的产生得益于传统超分辨技术的深度发展和结合创新。详细介绍横向分辨率在亚20 nm尺度的新一代荧光超分辨显微技术，并阐述其与传统超分辨原理的联系与区别。此外，针对分辨率的限制因素，就光学系统、扫描策略和样品制备等方面进行探讨，并展望高分辨率荧光显微技术在生物医学领域中的应用前景和发展方向。

镍锌铁氧体复合材料是一种性能优良的吸波材料, 同时还具有高柔性和可加工性, 广泛用于屏蔽通信中的电磁干扰。为提高铁氧体复合片材的切割质量, 采用先进的脉冲激光切割工艺, 并选择窄脉宽的亚纳秒脉冲激光为光源。首先改进了激光切割的扫描策略, 结果表明, 与常规的多遍策略相比, 周期性“扫描-冷却”多遍策略显著抑制了热积累, 使切缝热影响区宽度从567.39 μm减小至249.42 μm, 降低了56%。在改进的扫描策略基础上, 使用响应曲面模型分析激光平均功率(P)、光束扫描速度(v)、“扫描-冷却”每个周期内扫描次数(n1)3个因素对热影响区宽度和切割效率的综合影响, 并进行参数优化。高的平均功率、高的扫描速度和少的扫描次数有利于降低热影响区宽度, 同时兼顾切割效率。参数优化结果显示, 平均功率19.7~21.1 W, 扫描速度1 750~1 800 mm/s, 每个周期内扫描20~24次, 可以实现在9个周期切断0.2 mm镍锌铁氧体复合片材, 切缝热影响区宽度约为200 μm。

针对TA15钛合金材料, 建立激光弯曲成形的三维热力耦合有限元仿真模型, 得到不同加工参数下的材料温度场及变形场。通过搭建弯曲试验和测试系统, 获得了部分加工参数下钛合金板的温度场和变形数据, 并与仿真数据进行对比, 验证了数值模型的有效性。基于板材厚度方向温度和塑性应变的分布, 明确了在激光弯曲成形中的主导机制。研究了激光弯曲成形中的翘曲变形现象, 提出可用于抑制翘曲变形的来回扫描加工方法。

采用连续光纤激光器在氩气环境下对粗糙度为R_a=0.95 μm的低粗糙表面进行激光抛光实验，通过光学显微镜和激光共聚焦显微镜对单道激光抛光熔池截面、抛光前后三维表面形貌及表面轮廓进行分析。研究结果显示：在其他参数不变的条件下，随着扫描速度的提升，单道连续激光抛光熔池两侧的咬边现象逐渐加重。随着激光功率的提高，由于单道抛光熔池不稳定，熔池表面的起伏现象逐渐加剧。当扫描线间距为0.02 mm时，连续激光多道搭接之间未重熔区域具有较低表面起伏值，粗糙度可降低至R_a=0.45 μm。然而，激光单向扫描抛光后表面产生的波纹起伏会阻止粗糙度的进一步降低，采用正交扫描和未搭接区域回填扫描的策略，可对激光单向扫描抛光产生的波纹起伏进行重熔正交补偿，使粗糙度值由R_a=0.45 μm进一步降低至R_a=0.048 μm，较原始粗糙度下降95%。

选区激光熔化（SLM）是增材制造成形的主要工艺方式，其应用越来越广泛。影响其成形性能的主要因素是工艺参数组合方案，而扫描方式是其中的一个关键参数。本文以两种最常用的扫描路径为研究对象，深刻揭示其热力影响规律。首先建立符合SLM工艺特点的热力耦合仿真模型，并基于有限元软件进行二次开发，实现不同路径的仿真模拟；然后以一组工艺参数为例进行了仿真，结果表明，条纹式扫描轨迹的熔池几何和热应力均大于棋盘式；最后，通过熔道形貌与残余应力测试等多组试验数据均验证了仿真结果的正确性。该研究探明了扫描轨迹对SLM成形热力的影响关系，并为工程实践应用提供了一种高效的工艺仿真方法，从而便于进行SLM成形质量预判分析。

在激光粉末床熔融过程中，热循环和热积累导致零件产生残余应力和变形，对零件的成形精度带来极大的影响。由于计算量过大，利用热弹塑性模型难以实现尺寸较大的结构残余应力和变形的模拟。为了实现快速准确的预测，基于改进的固有应变理论，从热弹塑性模型中提取固有应变矢量并逐层施加至典型特征结构中，系统性地研究了四种扫描策略下特征结构的残余应力和变形分布。研究发现，在不同扫描策略下，薄壁结构、悬臂梁和悬垂圆孔结构表现出相同的变形趋势，即扫描方向沿短边时变形最小。其原因一为扫描方向沿短边方向时扫描矢量长度较小，二为相同应力下短边变形小于长边变形，从而产生小的残余应力及变形。对悬垂结构增加支撑有利于减小翘曲变形，提高成形质量。在悬垂圆孔结构外侧，随打印高度逐渐增大的竖直方向的拉应力是影响其变形的主要原因。所得结果可对获得低应力、高精度增材制造结构以及提高增材制造成形质量提供有效技术支撑。

水平悬垂面是一种特殊的悬垂结构，也是选区激光熔化（SLM）成形技术存在的难题。结合图像处理的方法，研究了不同激光功率下其首层表面轮廓特征的成形特点和成形质量的关系。结果表明：使用“线”形扫描策略，首层表面存在与扫描方向呈一定倾斜角度且不同大小的亮斑和孔隙，并随激光能量的输入而变化；减小激光功率，首层表面孔隙变大，熔道间的结合强度变低；通过“旋转式”重熔的扫描策略可以提高首层表面抵抗外力变形的能力，并有效地避免成形面翘曲变形、塌陷现象发生。

采用激光选区熔化技术制备24CrNiMo合金钢,研究不同扫描策略下成形件的显微组织、相组成和热疲劳性能。结果表明:24CrNiMo合金钢的显微组织由粒状贝氏体、马氏体和少量残余奥氏体构成。不同扫描策略下成形件的相组成均为α-Fe和少量γ-Fe,扫描策略对成形件相组成的影响较小。与旋转扫描策略相比,0°直线扫描策略下晶粒的生长具有较强的取向性;旋转扫描策略改变了相邻层间的散热方向,破坏了晶粒的外延生长模式,晶粒取向随机,显示出弱织构;0°直线扫描路径与热疲劳缺口的方向平行时,该扫描策略下的成形件具有最大的裂纹扩展速率,最终裂纹长度可达到1162 μm。热应力和氧化作用是热疲劳裂纹扩展的重要原因。

多激光束并行打印需要对当前打印层进行分区扫描。分区扫描策略对激光选区熔化制造成形件的表面质量、残余应力与变形量、力学性能有着很重要的影响。通过分析传统分区扫描策略的局限性,本文提出一种三角波条带扫描策略,利用实验对比分析了三角波条带扫描策略和传统的条带和棋盘分区扫描策略打印的316L不锈钢样品的致密度、残余应力与变形量、拉伸强度、维氏硬度和表面搭接区成形质量。结果表明,三角波条带扫描策略改善了搭接区质量,提高了试样的拉伸强度与维氏硬度,316L不锈钢样品的致密度达99.74%。因此,三角波条带扫描策略有利于改善激光选区熔化成形质量,为多激光束并行打印提供了一种新思路。

采用不同的扫描策略，通过激光熔化沉积技术制备出TC4钛合金。通过光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和电子万能材料试验机研究了扫描策略对TC4钛合金组织和性能的影响，利用X射线衍射法对TC4合金XOZ平面残余应力的演变和分布进行分析。结果表明，扫描策略影响了网篮组织的形态，进而影响了TC4合金的力学性能。TC4样品在回旋扫描策略下的拉伸强度和屈服强度最大，分别为1251.7 MPa和1250.0 MPa，而在单向扫描策略下TC4样品的拉伸强度和屈服强度最小，分别为991.5 MPa和1010.9 MPa。残余应力在不同扫描策略下的变化很大，其中，分区回旋扫描所得试样的测试结果分布更均匀。不同扫描策略所得试样的总体应力水平排序依次为分区回旋扫描、往复扫描、回旋扫描、单向扫描。