提出了激光辅助水中脉冲放电生成等离子体的方法，结合经典的Drude模型，建立激光注入水中脉冲放电系统生成等离子体的二维流体数学模型，给出相应的数学方程，利用COMSOL Multiphysics软件模拟带电粒子与垂直注入等离子体通道的激光的相互作用过程，探讨了一定能量的激光作用于水介质脉冲放电系统时局部电子密度所受的影响。由初步的仿真结果可知，在电场放电通道中，加入能量为50 mJ、光斑直径为0.1 mm的激光到等离子体通道内，其电子密度峰值从1.65×10²¹ m^-3突增到8.29×10²¹ m^-3。该过程对于提高等离子体的电离率起到了显著作用，说明激光辅助水中脉冲放电生成等离子体的技术方案是可行的。

一次性整体成型或传统的加工方式已不能满足聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维增强复合材料精密加工和装配的要求。首先分别采用波长为355 nm的紫外皮秒激光和波长为1030 nm的红外皮秒激光对PBO纤维增强复合材料进行切割加工,加工过程中采用渐进式焦点下移和多道扫描策略;然后采用扫描电子显微镜观察了复合材料的切割截面形貌,分析了材料的物理去除机制和加工热损伤;最后研究了激光功率、扫描速度和方向、脉冲重复频率等激光参数与切割质量、切割效率之间的关系。实验结果表明:紫外皮秒激光可以实现“冷加工”和光化学效应,得到了较高的切割质量;激光焦点随加工进程下移可以有效提高加工质量并改善材料切割表面的一致性。研究结果表明,采用8 W、400 kHz、1000 mm/s的激光参数可以进行高质、高效的材料加工。

激光加工纤维增强复合材料的常见方法是切割、钻孔和表面处理等,本文综述了激光加工纤维增强复合材料的国内外研究进展,重点聚焦碳纤维增强复合材料的激光加工方法,阐述了激光加工纤维增强复合材料的特点和物理去除机制,总结了激光工艺参数对加工质量和加工效率的影响规律,最后展望了激光加工纤维复合材料的发展与挑战。

为了研究激光选区金属化技术中，激光与尖晶石型化合物的相互作用机理，选用质优价廉、具有尖晶石结构的可见光和近红外光敏催化物质羟基磷酸铜（Cu2(OH)PO4）作为研究对象，利用X射线光电子能谱技术，探讨了波长为1064nm纳秒脉冲光纤激光、连续光纤激光和波长为355nm的纳秒脉冲紫外激光与羟基磷酸铜的相互作用机理。结果表明，3种激光都能将羟基磷酸铜中的+2价铜元素（Cu2+）还原为+1价铜元素（Cu+），但还原过程随激光功率（0.13W~3.89W）或激光能量密度（2.76J/cm2~25.48J/cm2）的变化呈现不同的规律;结合羟基磷酸铜的热性能分析和紫外可见光吸收光谱分析，初步判断，在上述还原过程中，可能同时存在光热反应和光化学反应。该研究为羟基磷酸铜作为一种新型的激光活性物质提供了理论基础。

开展了毫秒脉冲激光辐照单晶硅的实验研究, 基于马赫-曾德尔干涉技术测量了毫秒脉冲激光与单晶硅相互作用过程中的在线应力损伤。用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立了毫秒脉冲激光辐照单晶硅的数值仿真模型。从理论和实验两方面探讨了毫秒脉冲激光与单晶硅作用时, 相同脉宽不同能量密度下应力场随时间的演变规律。进一步研究了干涉条纹的处理方法, 基于传统x轴投影法提出了用45°投影法来计算材料各方向上的应变, 并对两种处理方法得到的实验结果进行了对比。结果显示: 与仿真结果相比, x轴投影法实验结果的误差为9.5%~29.3%, 而45°投影法实验结果的误差为0.1%~22.6%, 表明用马赫-曾德尔干涉法测量激光辐照单晶硅产生的在线应力损伤时, 采用45°投影法计算材料各方向上的应变结果更为准确。该实验和计算方法为单晶硅在线应力损伤的研究提供了理论和实验上的指导。

采用飞秒激光脉冲辐照不同羟基浓度的纯石英玻璃, 诱导其内部产生缺陷。系统研究了羟基浓度、激光脉宽和激光功率对缺陷类型和浓度的影响。石英玻璃的显微荧光谱、吸收谱和发射谱测试表明, 飞秒激光诱导石英玻璃可以产生非桥氧空穴中心(NBOHC)、非弛豫氧空位[ODC(Ⅱ)]和E′心3种缺陷; 低羟基浓度石英玻璃易产生ODC(Ⅱ)缺陷, 高羟基浓度石英玻璃易产生NBOHC缺陷。用波长为254 nm的紫外灯激发飞秒激光辐照后的高羟基浓度石英玻璃可观察到明显的红色荧光(波长为650nm), 其发光强度与飞秒激光的脉宽和功率相关, 发光强度随激光脉宽的增加先增加后减小, 随激光功率的增加先增加后趋于平缓。

回顾了国内在激光预处理技术研究方面取得的进展。综述了基于激光预处理技术提升基频介质膜、磷酸二氢钾/高掺氘磷酸二氢钾(KDP/DKDP)晶体等光学元件抗激光损伤性能的机理、效果和关键技术。针对高功率激光驱动器中关键光学元件激光负载能力的提高, 建立了大口径光学元件激光预处理平台, 实现了基频介质膜元件的激光预处理工程化作业。比较了纳秒和亚纳秒脉冲宽度激光对DKDP晶体损伤性能的影响。基于亚纳秒激光预处理后, 纳秒激光辐照至14.4 J/cm2(5 ns)尚未出现"本征"损伤的实验结果, 提出了用于DKDP晶体的亚纳秒激光预处理方案, 并指出亚纳秒激光预处理技术将成为高功率激光三倍频晶体抗激光损伤性能达标的关键技术。

在研究超强激光与物质相互作用中, 研究的焦点通常需要高质量的光源来诊断动态物质的结构。为了获得高亮度、准单能和高对比度X射线光源, 改变物质及其结构来增强吸收激光能量和提高激光X射线的转换效率。利用多孔结构原理, 设计了直径为200 nm、密度为铜70%的纳米铜靶。在中国工程物理研究院激光聚变研究中心星光-Ⅲ激光装置上进行实验, 作用于靶表面的飞秒激光强度大于2×1018 Wcm-2, 利用单光子计数型X射线CCD测量了Ka 特征X射线, 获得的Ka光子峰值产额达到了3.6×108 photons·sr-1·s-1, X射线最大转换效率达到0.008 68%, 是平面铜靶转换效率的1.2倍。实验表明纳米须结构能够有效增强飞秒激光的能量吸收, 增强了超强激光转换成电子和X射线的转换效率。

利用多孔结构原理,研制了厚度为100 μm、孔隙率为70%的纳米多孔铜靶,密度比为固体铜的30%。实验在中国工程物理研究院“星光Ⅲ”激光装置飞秒激光束上进行,激光功率密度大于1.6×1018 W/cm2,脉宽为30 fs。利用16 bit单光子CCD获取了X射线能谱,测得铜Kα线光子产额为2.9×108 photon·sr-1·s-1,转换效率为0.008 38%。与压制加工的平面Cu靶相比,多孔结构靶的X射线产额约为平面靶的1.8倍,表明纳米多孔结构能够有效增强飞秒激光能量吸收,提高超热电子和X射线转化效率。