使用脉冲激光二极管抽运的单纵模激光器作为种子源，通过两级预放大器和两级主放大器的单通放大，得到重复频率400 Hz，单脉冲能量36.5 mJ，脉宽24 ns的单纵模激光输出，且输出光束质量为M2x=1.78,M2y=2.13。应用大口径锥度融石英光纤作为相位共轭镜，获得了大于50%的受激布里渊散射反射率，入射激光被压缩到6 ns左右，大幅提升了脉冲峰值功率；由于相位共轭特性，反射回的激光将沿原路返回再次通过主放大器，补偿了激光晶体中的相位畸变，并再次提取晶体中的能量进行有效放大。双通后输出重复频率400 Hz，单脉冲能量101.25 mJ，脉冲宽度6 ns左右的单纵模激光，峰值功率可高达16.8 MW，光束质量因子为M2x=1.74, M2y=1.93。可见，在应用该相位共轭镜双通过后，光束质量并没有继续恶化，而是有所提升；使用平面镜双通后的光束质量因子M2≈4，从而有效证实了该光纤相位共轭镜补偿畸变的作用。

以CrYAG作为可饱和吸收体，实现了激光二极管(LD)端面抽运NdGdVO4晶体的微片式被动调Q激光器。NdGdVO4晶体的尺寸为3 mm×3 mm×1 mm，a向切割，Nd3+掺杂原子数分数为0.5 %，抽运端面镀有对808 nm增透和对1.06 μm高反的双色膜，作为激光谐振腔的输入镜。Cr4+YAG的尺寸为 9.5 mm×1.1 mm，初始透射率为77%，其外端面镀有对1.06 μm透射率为15%的部分反射膜，作为激光谐振腔的输出镜。谐振腔的长度为5~6 mm。激光的抽运阈值为4.62 W，当抽运功率为13.86 W时，最大平均输出功率为0.98 W，相应的光光转换效率为7%，斜率效率为9.5 %，最高重复频率、最大单脉冲能量和最短脉冲宽度分别为23.4 kHz，44.6 μJ和2.9 ns，相应的峰值功率为15.4 kW。

报道了一种长腔掺镱锁模光纤激光器。除用以实现自启动锁模的非线性偏振旋转（NPR）元件外，激光器为全单模光纤结构，且腔内无色散补偿元件，工作在全正色散域，仅仅通过引入窄带滤波器参与脉冲整形过程输出耗散孤子。实验中通过延长单模光纤长度实现了两个长腔条件，分别得到了6.66 MHz重复频率，12 nJ单脉冲能量和5.05 MHz重复频率，20 nJ单脉冲能量的稳定锁模脉冲，噪声抑制比均为75 dB。与以往的全正色散锁模光纤激光器相比，重复频率低，单脉冲能量高，稳定性好，适用于构建简化的光纤啁啾脉冲放大（CPA）系统。

为了获得高功率、高光束质量相干光纤激光输出，设计了一种双端输出的光纤激光器。两路光纤激光器尾端通过反射率为85%的光纤布拉格光栅连接，有一定的相互关联，利用角锥反射器使其能量相互注入，实现锁相，并利用偏振片分光，实现相干合成输出。实验上，在远场得到了清晰稳定的干涉条纹(可见度约为0.92)，获得了8.6 W的相干合成激光输出，对应的功率合成效率约为90%。实验结果表明，该方案结构简单，稳定性好，相干度高，并可用于多路激光相干合成，为实现高功率光纤激光相干合成输出提供了一种新的思路。

通过探测在连续调谐抽运光作用下的气室对频率确定的探测光的吸收，可获得光抽运光谱，探测光和抽运光同时耦合不同的超精细跃迁时可形成光抽运光谱的峰值，此时两个光场有确定的稳定性依赖于原子能级的频率差。利用光抽运光谱并结合锁频环路，完成了参考频率为原子超精细分裂的连续半导体激光器间的偏频锁定。通过选择不同的超精细能级，两个激光器输出激光的频率偏移可以锁定在数百兆赫兹的激发态超精细能级间隔或约9 GHz的基态能级间隔附近。

为了更准确地评价高精度激光陀螺(RLG)的性能，提出了采用动态Allan方差(DAVAR)对高精度二频机械抖动激光陀螺实测数据进行分析的新方法。详细介绍了DAVAR的基本原理，并将其用于机抖激光陀螺随机误差的研究。结果表明，DAVAR分析方法不仅能细化、辨识机抖陀螺各项随机误差，同时确定各项误差占总误差的比重，而且可以分析陀螺随机误差随时间变化的稳定性。与Allan方差分析方法相比，DAVAR更为全面地表征了机抖激光陀螺的随机误差特性。

温度是影响光纤陀螺测试精度的重要因素，通过理论分析和实验研究了光纤陀螺的静态温度特性，提出采用经典小波网络进行零偏温度建模的方案，并与多项式拟合结果进行比较，其拟合精度得到大幅度提高。在此基础上，对经典小波网络进行改进，研究了一种新的参数初始化方法，并提出了基于动量变步长梯度下降法的参数更新算法。实验结果表明，改进的小波网络算法能够进一步提高网络的收敛速度和模型拟合的精度，从而能够更好地描述光纤陀螺零偏的温度特性。为了验证小波网络算法的普适性，利用多个惯性器件的温度实验数据，进行零偏温度建模和精度分析，结果表明，该方法能够较好地适用于对温度敏感的惯性器件的静态温度建模。

为检验与评估激光雷达系统组成模块及器件的性能指标及各个模块及器件协同工作系统效率，建立了外差成像激光雷达电子跟踪器半实物仿真平台。在虚拟设计思想指导下，采用半实物仿真模式设计电子跟踪器仿真平台，并根据激光雷达方程将电子跟踪器仿真平台模块化。基于朗伯散射理论建立了仿真目标场景库模块；基于激光束空间分布理论建立了信号模拟器模块；基于微弱信号检测理论建立了中放模块、数据采集逻辑控制模块和成像及数据分析模块。将五大模块系统集成构成电子跟踪器半实物仿真平台，并进行联调实验评估模块协同工作系统效率；应用中频放大器代替中放模块进行真实器件性能指标评估实验。实验结果表明，电子跟踪器半实物仿真平台能够重现成像激光雷达工作过程，可分析各个模块协同工作效率；能够评估激光雷达组成器件性能指标，并根据具体应用需求给出分析结果，为激光雷达系统组成模块及器件的性能指标评估提供了一种可靠的分析手段。

论述了用于宽调谐太赫兹(THz)探测的菲涅耳准相位匹配技术方法的原理，讨论了共振及非共振菲涅耳相位匹配的条件，重点研究了Goos Hanchen延迟对菲涅耳准相位匹配的影响，还讨论了和频过程中有效非线性系数、光波在晶体内全反射角θ的允许宽度及GaAs晶体对互作用三波的吸收，提出了利用角度调谐在菲涅耳相位匹配GaAs晶体中实现宽调谐THz探测的实验设计方案。

大气散射光偏振特性的研究对于降低自然扰动对偏振光导航系统的误差影响，优化系统具有重要意义。实验采用矢量偏振分析装置测量了不同天气情况下大气散射光偏振度和太阳光单次散射角，研究了两者之间的关系。结果表明，在不同天气条件下，大气散射光偏振度和太阳光单次散射角之间皆为抛物线型关系，散射光偏振度变化主要由大气散射粒子大小变化引起。当散射粒子半径增大时，散射光偏振度减小，并且偏振度最大值所对应的散射角值发生偏移。基于米氏散射理论建立了单次光散射偏振模型对该实验进行了理论分析，数值仿真结果与实验结果一致。

氩氟（ArF）浸没干涉光刻系统可产生高分辨周期图形，是研究高数值孔径ArF浸没光刻的有力工具。消色差ArF浸没干涉光刻系统能降低系统对曝光光源的相干性要求，实现高分辨率成像。提出了一种双液体层消色差浸没干涉光刻系统，由衍射理论和几何光学理论分析了系统的消色差原理和成像机制。对比传统的单液体层系统分析了其成像性能并分析其优点。结果表明，该系统的成像焦深和可分辨像场宽度较大且不依赖于激光光源的带宽；系统性能对外界环境不敏感，成像稳定性得到改善；该系统以简单的对称结构解决了干涉光刻成像中ArF准分子激光光源相干性差的问题，并保证了系统成像性能的稳定。

高斯光束的传播特性直接影响激光雷达大气回波信号的发散角，进而影响法布里-珀罗标准具(FPE)的光学特性。从高斯光束的FPE三维干涉环分析，得到发散角小的高斯光束有利于获得能量较高的FPE零级或一级干涉环。探讨了高斯光束品质因子M2和准直倍率对不同高度的激光大气回波信号的影响。数值计算结果表明，FPE对大气回波信号的透射率与高度的变化有关，在近场变化明显，在远场相对稳定；且对特定高度大气回波信号的FPE透射率随着光束品质因子M2的增大而降低，随着准直倍率的放大而增强。所以应设计和选择具有较高准直倍率的准直发射系统和具有较低光束品质因子M2的激光光束，来提高FPE的透射率，同时对以FPE分光的激光雷达的近场回波信号进行FPE透射率校正，以改善激光雷达系统的测量误差。

为研究光子在高散射媒质中的传输特性，将高散射媒质等效为离散的球形散射体集合。在蒙特-卡罗方法的基础上，提出一种新的椭圆算法来确定高散射媒质中散射点的分布。根据米氏散射理论和光子辐射输运方程，结合模拟解析得到的散射点的分布，不同粒径、不同光程下光子散射阶数的分布以及不同散射阶数的散射光强分布，从而实现光子在高散射媒质中动态特性的数值解析。数值解析结果表明光子在高散射媒质中的传输过程本质上是光子的复散射过程，这种数值解析方法能有效解析高散射媒质中光子从单散射到复散射全光程的动态传输特性。

在相同的抽运功率下，激光器工作在高阶模式时比基模高斯工作时有更高的功率输出，将其用于相干合成有望得到更高的功率输出。由于高阶高斯光束内部存在0-π相位差，使得其光束质量较差，相干合成激光亮度也因而受限。提出基于波前补偿的高阶高斯光束相干合成方案，利用光束净化将高阶高斯光束内部0-π相位进行补偿，然后将补偿后的光束用于相干合成。给出了优化式自适应光学光束净化补偿高阶高斯光束内部波前的仿真和实验结果，数值模拟了厄米高斯光束波前补偿前后相干合成的效果。结果表明，波前补偿后相干合成的1倍衍射极限内的桶中功率较波前补偿前相干合成桶中功率提高1个量级甚至2~3个量级。

研究了一种光功率效率高的非对称限幅光正交频分复用(OFDM)调制技术，通过对信号的非对称削减，将OFDM调制技术运用到光通信领域。将这种非对称限幅光OFDM技术运用到大气激光通信系统中，分析了采用非对称限幅光OFDM技术大气激光通信系统在大气湍流信道下的性能。在此基础上，将低密度奇偶校验(LDPC)码和置信传播迭代译码算法应用到大气激光通信系统中，并结合非对称限幅光OFDM强度调制方案，在大气湍流信道中进行了仿真。仿真结果表明，LDPC码具有优越的纠错能力并获得了较大的编码增益，该方案可以满足大气激光通信系统的需要。

光轨(LT)是一种新型光通信网络结构，具有交换粒度小、带宽利用率高等优点。目前对光轨网络节点结构研究很少，尤其缺乏光轨节点性能仿真和实验研究。鉴于此，设计了一种支持4波长双向通信的光轨网络节点结构；搭建了光轨通信系统仿真平台，对单个光轨节点的光功率损耗，以及联网条件下数据波长的误码率和眼图进行了仿真测试。仿真测试结果显示，单个光轨节点的光功率损耗约16 dB，未配置光放大器时，适用于节点间距小于20 km的光轨网络；配置单个半导体光放大器后，可将节点间距增加5 km。针对节点间距15 km和20 km，系统误码率分别降低了105和102，眼图质量明显改善。该光轨节点具有结构简单、成本低、损耗低的优点，能够满足城域/接入光通信网络的传输要求。

在背向抽运的光纤拉曼放大器(FRA)中,能够观察到级联的受激布里渊散射(SBS)。在SBS实验中，采用最大输出功率为3000 mW的三波长光纤拉曼激光器作为拉曼抽运源，25 km单模光纤(SMF)作为布里渊增益和拉曼增益介质，功率为3 dBm的外腔式激光器（ECL）作为布里渊抽运源。在实验中观察到的前、后向级联SBS的最高级数分别为156条和89条，前、后向SBS相邻级次光谱之间的频移分别为11 GHz和22 GHz，即它们波长间隔分别为0.085 nm和0.166 nm，光谱带宽分别为13.580 nm和14.812 nm。与前向传输相比，后向输出的平坦性要好。与单波长FRA相比，用三波长拉曼激光器作为抽运源更容易得到平坦性好和阶数更多的级联SBS。

谱合成是获得高功率激光输出的有效方法。建立相移反射体布拉格光栅谱合成模型，利用传输矩阵法，分析相移反射体布拉格光栅的衍射特性，并对反射体布拉格光栅的衍射特性和相移反射体布拉格光栅的衍射特性进行了比较。以两束光为例，分析相移反射体布拉格光栅谱合成特性，分析在高斯单色平面波入射条件下，光谱宽度对谱合成效率的影响。结果表明，通过在反射体布拉格光栅中引入π/2的相位畸变，可有效抑制衍射效率中的旁瓣的影响并增加参与谱合成的光束数目，对于两束光谱间距为30 pm的窄带光束谱合成，谱合成效率可达97%。

为了从小波变换系数幅值中得到一种完备的可靠度因子，提出了一种新的子小波定义，并将其应用到空间载频条纹相位重建中。通过提取小波脊处的小波变换系数的相位，提取载频条纹相位信息。利用子小波定义，小波变换脊处的小波变换系数幅值同时包含了载频条纹的调制度信息和密度信息，能够有效地表示相位提取的可靠度。给出了新子小波定义在空间载频条纹相位重建中应用的严格理论论证，证明了在新子小波定义下的小波变换系数幅值可以作为相位提取的可靠度因子。计算机模拟和实验验证了所提方法的有效性。

提出了一种基于旋转相位调制手段恢复复杂光场相位的方法，通过数值模拟验证其有效性和可行性。采用结构简单的相位板横向旋转到一个或更多新的位置来产生多个夫琅禾费衍射图样，通过修正的混合输入输出算法(HIO)对光场进行复原。模拟实验表明，该算法能在二维情况下快速准确地恢复复杂光场，并且大幅度地提高了复杂光场的恢复精度。多次选取随机初始迭代值，没有出现迭代停滞现象和收敛结果不确定的问题，且具有良好的抗噪性能。

温度影响可调谐半导体激光器吸收光谱（TDLAS）式气体监测的准确性，研究了一种甲烷、温度同时检测的系统，两种参数互相校正，提高了气体监测的准确性，同时也提高了温度的检测精度。系统采用1653.7 nm中心波长的分布反馈（DFB）半导体激光器，采用锯齿波调制激光器使其波长扫描，同时扫描出光纤布拉格光栅（FBG）波长以及气体吸收强度，从而可以测出温度和甲烷两个检测量。温度检测可以校正由于温度变化引起的气体检测误差，同时，气体吸收线位置又可以为FBG进行准确的波长定位，使得温度检测精度更高。这种温度、甲烷双参数检测系统更加稳定可靠，更适合应用于煤矿开采和瓦斯抽采等领域。

为了提高干涉检测精度，必须抑制系统的相干噪声。根据统计光学建立了带环形光源干涉仪系统信噪比的理论模型，分析了环形光源参数、光场相干面积与系统信噪比之间的关系，以提高信噪比为目标，优化设计并采用计算全息方法控制环形光源的参数。分析结果表明，光场的相干面积与环形光源面积成反比，系统的信噪比主要由环形光源面积决定，面积相等时环形光源抑制相干噪声的效果优于圆形空间扩展光源；环形光源的参数由锥形波前的空间频谱宽度、毛玻璃与焦平面间的距离和计算全息图的空间载波频率控制。传统点光源和环形光源的对比实验表明，环形光源有效地抑制了相干噪声，将系统的平均信噪比从点光源的5.2 dB提高到8.6 dB.

为了实现对数10 min一个脉冲，单脉冲能量5 J激光放大器多项输出参数的实时、高效率检测，设计了针对高能量、大截面和低重复频率激光系统输出的测量系统。该测量系统采用Fourier像传递技术，针对激光器的输出特性实现了对输出光束截面的清晰实时监测，并且能够同时检测光束的激光波长、光谱宽度、光斑尺寸、单脉冲能量、重复频率和偏振方向等数据。利用该统计系统能够计算光斑调制度、发散角、指向性、光束质量因子、能量稳定性、平均功率、功率稳定性、脉冲宽度、脉冲稳定性和偏振度等指标。

在运动力学、弹道学等研究的一些动态过程中，瞬态飞行目标的三维面形与其结构、形变、应力和烧蚀等情况有着密切的关系，而对其面形的多视角测量目前还无法实现。针对这一难题，基于结构光技术设计并搭建了一套正六边形的测量系统，利用三套投影摄像装置将正弦光栅多角度、瞬时、同步投影到瞬态飞行目标的表面，采集其条纹图像，再经小波变换处理，最终得到目标的三维面形。实验结果表明，该系统能有效地实现对瞬态飞行目标复杂三维面形的非接触式、多视角、快速测量。

运用传输矩阵法,计算了由正、负折射率材料构造的一维光子晶体的反射波的相位特性。在该结构的零平均折射率（zero-）带隙范围内,TE波和TM波的反射相位差随着入射角的增大而增大,且在很宽的频率范围内（相对带宽Δω/ω>19%）保持一定值。利用此特性,可以设计一种反射型相位补偿器。计算了缩放因子、材料厚度比、折射率和周期对相位补偿器的影响。

为了降低光致聚合物材料的缩皱，进一步提高材料的衍射效率，制备了一种掺杂TiO2纳米颗粒的光致聚合物材料。该材料以亚甲基蓝作为光敏剂，用波长为647 nm的激光对其进行曝光。研究表明，聚合物中掺入TiO2纳米颗粒后，材料的缩皱率明显降低，衍射效率也有所提高：掺入36 nm的TiO2颗粒后，样品的缩皱率由3.2%降为2.4%，衍射效率从68%提高至70.8%；而掺入10 nm的TiO2颗粒后，样品的缩皱率仅为0.8%，衍射效率最高可达78.1%。说明掺入小粒径的TiO2更有助于提高材料的全息特性。

以Na2MoO4为助熔剂，用助熔剂提拉方法生长了掺Er3+的CaMoO4激光晶体，测试了晶体的光学均匀性，研究了晶体的光谱性能，并对其吸收光谱和荧光光谱进行了分析。晶体在981 nm处的吸收截面为0.6×10-20 cm2，在1538 nm处的发射截面为0.91×10-20 cm2。Er3+CaMoO4晶体可产生上转换荧光，在980 nm激发下可辐射峰值波长为532 nm和553 nm的绿光及670 nm的红光。光谱分析结果表明，Er3+CaMoO4晶体可能成为潜在的1.5 μm波段激光材料和上转换发光材料。

利用时域有限差分（FDTD）法，对12重准晶光子晶体（PQCs）的绝对带隙特性进行研究。主要讨论了加工过程中产生的尺寸误差和位置误差对12重PQCs绝对带隙的影响，并估算当前加工该带隙材料的能力。数值模拟结果表明，在相同误差条件下，尺寸误差大于位置误差对绝对带隙的影响；12重PQCs绝对带隙特性主要受TE模对加工误差敏感程度的限制；绝对带隙宽度随晶格常数的减小而逐渐变窄，当晶格常数不小于500 nm时，加工误差对绝对带隙的影响可忽略，而当晶格常数小于200 nm时，绝对带隙甚至完全消失。

在SiO2溶胶合成阶段进行化学改性，将六甲基二硅氮烷（HMDS）引入SiO2溶胶，制得稳定的胶体,胶体中SiO2纳米颗粒表面的亲水性Si-OH基团被疏水性的Si-O-Si(CH3)3基团取代。采用旋转法在磷酸二氢钾(KDP)晶体表面涂膜，涂膜晶体峰值透射率99%以上。膜层光学均匀性良好，表面粗糙度均方根值为0.94 nm。膜层疏水性能好，水接触角达到140°。涂制疏水性SiO2基减反膜的KDP晶体无需热处理就具有较好的疏水防潮性能，与目前激光器使用的防潮减反双层膜相比，在室温高湿度条件下涂膜晶体透射率下降情况大致相当。旋转涂膜可以有效解决三倍频晶体入光面与出光面共3个波段需减反的问题。

中国科学院“计划”和合肥工业大学博士基金(GDBJ2008043)资助课题

采用脉冲激光沉积(PLD)技术，在SrTiO3(STO)单晶衬底上成功地制备了不同组分x(x=0.03，0.30，0.53，0.80，0.97)和掺杂M(原子数分数为3％，M=Na，Sr，Bi，Ce)的锆钛酸铅PbZrxTi1-x，PZT铁电薄膜。检测结果表明，所有薄膜都是单一取向生长的，且没有杂相存在，但组分的改变和掺杂元素的引入会对薄膜的结晶质量产生不同程度的影响。另外，在10°倾斜的SrTiO3单晶衬底上生长的PZT铁电薄膜中还清楚地观察到了激光感生热电电压(LITV)信号，且在能量密度为0.16 J/cm2的紫外脉冲激光辐照下，x=0.03组分的PZT铁电薄膜中的LITV信号最大，峰值电压为60 mV，而在Pb(Zr0.53Ti0.47)O3铁电薄膜中，掺杂元素Na时LITV信号最大，峰值电压为61 mV，这与不掺杂时相比，其峰值电压增大了近50％。

对激光实现由线偏振光转变成圆偏振光的偏振态调制，需要引入90°或270°相位延迟器。设计中选择金属介质组合，光学性能优良的Ag膜作为金属层，利用Gires-Tournois (G-T)腔调节相位，通过优化介质膜堆，在45°入射角和1000~1100 nm波段，所得相位延迟为270°±1°。通过误差分析可知，在现有膜厚控制精度下，控制敏感层容差，在设计带宽内可得到反射率R≥99.9%和相位延迟偏差δ<7.2°。

采用离子辅助电子束蒸镀H4(H4是两种激光损伤阈值较高的材料氧化钛和氧化镧化合而成，分子式LaTiO3)薄膜。研究了氧气压力和基底温度对薄膜的光学性能的影响。实验发现，随着基底温度升高，H4膜的折射率n明显增加, 基底温度为100 ℃时，n808 nm=2.14；随着氧气压力的降低，H4膜的消光系数k变化很小，氧气压力为2.67×10-2 Pa时，在400 nm以上波段几乎没有吸收，k400 nm=2×10-4。将优化的工艺参数用于808 nm激光器腔面高反射膜的镀制，并与采用氧化钛作为高反射膜镀制的激光器进行了比较，获得的激光输出特性略好于氧化钛的器件。因此，采用H4制备半导体激光器高反射膜是一种完全可行的新方法。

提出了一种可同时达到高对比度和高反射率的对称金属包覆结构。由于导波层的厚度是亚毫米量级，使该结构可容纳一系列共振模。利用四层波导菲涅耳公式，详细分析了耦合金属层的厚度对耦合效率的影响，给出了反射光达到最大对比度时耦合金属层厚度的最优值，并从物理的角度解释了这种现象产生的原因是对称金属包覆结构中的辐射损耗和本征损耗共同作用的结果。实验测量了对称金属包覆结构中反射光的干涉效应。结果表明，对称金属包覆结构可以大大增强反射光的干涉条纹中明、暗光线的对比度，同时光入射到对称金属包覆结构中的耦合效率可接近100%。这将有助于研究高对比度高反射率薄膜和基于对称金属包覆结构的传感器。

为了预测并控制激光拼焊板的力学性能，通过对0.8~1.5 mm的St12板及其镀锌板拼焊板接头组织的定量分析，结合其组织性能变化规律，得出影响力学性能的首要因素为马氏体含量，继而可得工艺优化控制方法。在此基础上建立了以焊接工艺及板厚为输入变量的偏最小二乘回归拼焊板力学性能预测模型。实例验证发现，所建预测模型对拼焊板抗拉强度及延伸率的预测精度均达91%以上，充分表明该模型与试验结果吻合良好，验证了该预测模型的合理性及适用性。

利用激光照射掺杂金属络合物的非金属材料，可使被照射过的区域经过敏化处理后，进行化学镀铜、镀镍等，进而形成导电通道，呈现出金属导体的性质，而没有经过激光照射的区域仍然保持原有的非金属特性。实验采用NdYAG激光器，经声光调制后，通过动态聚焦系统和二维振镜实现三维扫描，并经过f-theta透镜聚焦到金属络合物表面。通过调制频率1,3,10和20 kHz的激光调制进行对比实验，实现镀铜层厚度11 μm以上，镀镍层厚度2 μm以上，在同一种材料表面实现了金属和非金属特性共存的状态。

为了提高同轴送粉喷嘴的汇聚性，增大粉末汇聚焦距，解决成形过程中粉末利用率低及粉末反弹造成的喷嘴堵粉等问题，研究了同轴送粉喷嘴结构参数中的粉腔间隙和粉腔锥角对粉末汇聚的影响规律。计算结果表明，在其他工艺参数一定的条件下，粉腔间隙越小，粉末的汇聚性越好；粉腔锥角越大，粉末的汇聚焦距越大，有利于零件的成形。所建模型和模拟结果对同轴送粉喷嘴的结构优化设计具有参考价值。并对模拟结果进行了实验验证，得到了工艺参数对单道高度和宽度的影响，并优化了工艺参数，最终制造出高度均匀的薄壁零件。

采用低功率脉冲激光对0.2 mm厚的TiNi形状记忆合金/不锈钢异种材料进行焊接，对焊接接头的裂纹形态和元素分布进行了研究，分析裂纹的形成原因，提出裂纹控制的措施。结果表明，TiNi合金/不锈钢异种材料直接对接焊裂纹敏感性很大，仅通过调整激光焊接工艺参数无法避免裂纹的产生。裂纹产生的主要原因是不锈钢母材中的Fe元素大量进入焊缝，与Ti元素形成脆性金属间化合物导致焊缝变脆，在焊接应力作用下开裂。通过在TiNi合金与不锈钢之间预置纯Ni丝作为填充材料可以稀释焊缝中Fe和Ti元素的含量，对形成裂纹的脆性组织进行阻隔，避免裂纹的产生，焊接接头的平均抗拉强度达到580 MPa。

以7.0 mm厚高强钢板为试验材料，采用CO2激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)电弧复合焊接方法，研究了电弧能量、激光能量、光丝间距等参数对复合焊接熔滴过渡特征、工艺稳定性和焊缝形貌的影响。结果表明，CO2激光-MAG电弧复合焊接过程中，激光的加入，降低了激光匙孔附近等离子体通道的电阻，使电弧被吸引并压缩至激光匙孔处，从而使电弧阴极斑点更加稳定。电弧能量决定熔滴过渡的模式，激光能量主要影响熔滴的过渡频率。当电弧能量小于4 kW时，熔滴过渡模式为短路过渡和颗粒过渡或是二者的混合过渡；当电弧能量大于4.68 kW时，熔滴的过渡模式为射滴过渡。熔滴的过渡模式对获得稳定的可重复焊接工艺至关重要，射滴过渡比短路过渡更有利于焊接过程的稳定。热源间距保持在2～4 mm的范围内，避免熔滴干扰激光匙孔和熔池产生紊流。

温度场是影响激光焊接焊缝成形质量的关键因素。针对非熔透型激光搭接焊接头焊缝成“钉头”状的特点，通过分析焊接时材料吸收激光能量的分布情况，提出了高斯面热源加线性递增式柱热源的复合体热源模型。模型考虑板间接触热阻的影响，并将计算结果和试验结果进行了对比，发现模拟出的焊缝形状和试验吻合较好；此外基于本模型对焊缝各处的热循环与焊缝组织形貌及显微硬度的关系进行了分析。结果表明，焊缝组织形貌及显微硬度除与加热和冷却速率有关外，峰值温度对其也有重要影响；在热循环基本一致的情况下焊缝的性能相似。该模型较准确地模拟了薄板激光深熔焊接熔池温度场，对研究激光深熔焊接温度场问题和激光工艺参数的优化选择具有参考价值。

用吉瓦每平方厘米量级的强激光对渗碳淬火的齿轮进行了激光冲击强化试验，对冲击处理后疲劳齿轮的综合误差进行了测量，用X射线衍射(XRD)的方法测试了残余应力和组织含量的变化，并进行了齿轮的磨损试验。结果表明，激光冲击对齿轮的精度影响较小；在齿廓的表层存在较大的残余压应力，法向残余压应力至少增加了107%，齿向的残余应力至少增加了85%；激光冲击处理使残余奥氏体的含量减小；经过磨损对比试验，未经过激光冲击强化齿面点蚀的面积是强化后齿轮的2.1倍，激光冲击能使齿轮接触疲劳寿命得到延长。

重点解决了激光冲击强化后试件的疲劳仿真，进一步深入研究了激光冲击强化对疲劳寿命的影响。对两组7050-T7451铝合金试件进行了拉拉疲劳试验，两组试件分为普通试件和激光冲击强化试件。试验结果表明，在101.3 MPa的加载应力水平下，两组平均疲劳寿命分别为26024和108336周次，疲劳寿命提高到原来的416.3%。利用有限元软件对两组试件分别进行疲劳数值模拟。模拟结果显示，两种疲劳寿命分别为25400和102870周次，疲劳寿命提高到原来的405%。试验结果和模拟结果符合得很好。研究表明，激光冲击强化后会在试件表层产生压应力，可以显著提高试件的疲劳寿命。

目前激光直写膜电阻时，所加入的辅料容易造成杂质污染，膜的厚度和粗糙度难以降低。为减少杂质污染，降低膜厚和表面粗糙度，改善激光直写微电路性能，进行了透射式激光直写金属薄膜电阻的实验研究，分析了薄膜线宽与激光光斑能量分布特点的关系，获得了线宽低于光斑直径的导电薄膜。实验表明，扫描速度的增加或离焦量的降低会导致光斑重叠率和导线宽度减小。同时，过高的功率会使薄膜受到烧蚀破坏，功率过低则难以将靶材充分熔化附着在玻璃基板上。相比之下，锌膜颗粒尺寸较为均匀，而Al /Zn混合膜的颗粒尺寸不一致。