以大能量长脉冲激光能量的准确测量需求为牵引, 针对激光能量计吸收体温度特性进行了数值分析研究。结果表明: 吸收体内壁温度随脉冲结构呈周期性振荡, 随着壁深的增加, 震荡幅度迅速地降低, 吸收体外壁温度周期性消失。单脉冲能量相同时, 脉宽越短, 吸收体内壁温升越高; 重复频率越高, 吸收体内壁温升越高。而总能量相同时, 重复频率越高, 内壁温升越低。通过对吸收体结构的优化设计, 不仅能够获得序列长脉冲激光的总能量, 而且可以获得低重频（一般不大于10 Hz）序列脉冲激光的每个脉冲能量, 从而为长脉冲激光能量计的设计及应用等提供参考依据。

针对1064 nm长脉冲激光辐照硅雪崩光电二极管(Si-APD)过程中所引起的温升变化规律进行了理论与实验研究。在考虑Si-APD多层结构的前提下,建立了二维轴对称热传导模型,据此进行了不同条件下的模拟仿真研究,并开展了长脉冲激光辐照Si-APD的温升实验研究。模拟仿真结果与实验结果相一致,均表明长脉冲激光与Si-APD相互作用引起的温升是由入射激光的能量密度和脉冲宽度共同决定的。

针对序列长脉冲激光,提出了衡量序列长脉冲激光热晕效应强度的热畸变参数,建立了序列长脉冲激光热晕效应的数值仿真模型,并进行了实验验证。对比分析后发现实验结果与仿真结果在光斑形态和大小方面具有较好的一致性,从而验证了序列长脉冲激光热晕效应的数学物理模型及仿真算法的可靠性。在此基础上,通过改变大气参数及发射系统参数进行大量的数值仿真,得出由序列长脉冲激光热晕效应引起的光斑扩展与热畸变参数的定量关系,即序列长脉冲激光热晕效应的定标规律。

通过改变长脉冲激光输出功率和脉宽，在304L不锈钢表面加工出凹坑、凸包微织构，并观察了它们的形貌特征。研究结果表明，利用小脉宽、大功率激光可加工得到外形较好的凹坑，脉宽不变时，凹坑深度和直径随功率的增加呈先上升后下降的趋势。然而，大脉宽、小功率激光加工可得到外形较好的凸包，功率对凸包形貌的影响比脉宽的影响大，当功率达到一定值时，凸包高度和直径达到饱和状态。

基于冯·米塞斯屈服准则和弹塑性本构关系，建立了长脉冲激光辐照7A04铝合金的空间轴对称有限元模型，并利用有限元有限差分混合算法计算了光强为高斯分布的激光光束加热铝合金板时的温度场和热应力场。研究发现目标上表面米塞斯应力主要分布在中心点周围，离中心点相对较远位置处的米塞斯应力很小，对目标几乎不起破坏作用，并且米塞斯等效应力远小于铝合金目标的屈服强度。仿真计算结果与实验结果的一致性证实了该模型的有效性。

激光系统中的光学薄膜极易受到高能激光的辐照而产生热损伤，因此研究长脉冲激光作用下光学薄膜的温度场非常重要。建立了二维轴对称杂质模型，使用有限元方法计算了单层HfO2薄膜材料的瞬态温度分布，进一步分析了铂金杂质粒子的吸收系数、填满深度对膜层及其基底最大温升的影响。结果表明：相比于纯净HfO2薄膜，当薄膜中杂质粒子深度为100 nm时，其表面最大温度增加1倍左右；当粒子深度大于750 nm时，基底温度高于薄膜表面温度，从而可以使热损伤从薄膜基底开始。研究结果对于长脉冲激光系统中的光学薄膜的制备和预处理，具有一定的指导意义。

为了给长脉冲与连续激光联合作用模式的参数选择提供依据，采用ANSYS分析了长脉冲激光和连续激光共同辐照下2A12铝合金的温度场，得到了不同连续激光与长脉冲激光加载起始时刻的时间间隔和不同光斑半径组合情况下激光辐照中心点的最高温度和熔池的大小。结果表明，随着时间间隔的增大，激光辐照中心点的最高温度越高；当两束激光的时间间隔大于某特定值时，脉冲激光所造成的温升才会逐渐增加；激光辐照中心点的最高温度和熔池的大小主要由峰值功率较高的长脉冲激光决定，但是如果选择合适的连续激光预热，尤其是当连续激光的功率密度达到105 W/cm2量级时，联合作用能显著增大熔池的尺寸，并适量提高辐照中心点的温度。

为了研究脉宽为毫秒量级的激光对光学薄膜的损伤，根据国际标准ISO-11254和国家标准GB/T-16601建立了光学薄膜损伤阈值测试装置。测量了脉宽1ms和10ns、波长1064nm激光作用下TiO2/SiO2增透膜的损伤阈值，观测了损伤形貌，测量了损伤厚度及损伤半径，分析了毫秒量级激光损伤光学薄膜的损伤机理并与纳秒激光引起的损伤进行比较。脉宽1ms的激光致使光学薄膜损伤的能量密度阈值比脉宽10ns的激光高一个数量级，功率密度阈值低4个数量级，损伤半径大180μm，损伤厚度大200μm。结果表明，脉宽为毫秒量级的激光对光学薄膜的损伤更为剧烈，不但损伤了光学薄膜的膜层，而且对光学薄膜的基底也造成了毁灭性的损伤。该结果可供脉宽为毫秒量级的激光与光学薄膜相互作用的研究参考。

为了实现玻璃上的高效快速打孔，研究了使用长脉冲激光在石英玻璃上打孔的方法。通过在玻璃表面镀制ZrO2，解决了石英玻璃对1 064 nm激光吸收弱的问题。使用脉宽为1 ms、波长为1 064 nm的Nd∶YAG激光在石英玻璃上打出了深为1.55 mm的锥形孔。研究了激光打孔的能效比，结果显示，当激光的能量密度为6.8 kJ/cm2左右时，打孔的效能比最大，并分析了可能的原因。根据膜层及基底的吸收系数随温度增加而增加的特性，分析了形成锥形深孔的机理。采用在玻璃的双面都增加吸收层的方法，在玻璃上加工出柱状通孔。最后，分析和讨论了吸收层的热学性质和光学性质对打孔的影响，为提高打孔效率提供了设计方案。实验结果表明,使用单脉冲ms激光能够高效地在玻璃上打出小深孔，为提高玻璃打孔效率提供了新的思路。

研究了树脂基复合材料中常用的E－51环氧树脂在ms级脉冲激光辐照下热烧蚀率及质量烧蚀率的变化规律，分析了脉冲激光的辐照时间、峰值功率密度、重复频率以及脉宽对烧蚀率的影响。研究结果表明：随辐照时间的增加热烧蚀率逐渐增大，但辐照一定时间后，热烧蚀率趋于稳定；峰值功率密度的增加能明显提高热烧蚀率，但随峰值功率密度的增加，热烧蚀率的增幅减小直至趋于一定值；热烧蚀率不随脉冲激光重复频率和脉宽的变化而改变，当峰值功率密度一定时，热烧蚀率一定，质量烧蚀率与频率和脉宽成正比。