纳米制造技术是目前全球关注和研究的重点，激光纳米制造是其中的主要核心技术之一。从激光远场尤其是近场纳米制造技术的角度，介绍了表面纳米结构和三维纳米结构/器件的制造，重点论述了激光纳米制造技术在一些新兴领域的应用，包括超材料、光子晶体、数据存储、生物医学、传感器以及功能表面等，以期从应用角度引起对激光纳米制造技术的更多关注和研究。

激光微喷丸强化是利用微尺度脉冲激光和材料相互作用诱导的冲击波压力实施表面改性的新技术，可适应于宏观和微观金属构件的表面处理。通过控制工艺参数和合理的路径规划能够在材料表层产生有益的残余压应力分布和规则的几何形貌，有效改善材料的耐磨、耐腐蚀和抗疲劳性能，从而有效提高结构零件的使用寿命。在介绍激光微喷丸技术原理和特点的基础上，分析了激光微喷丸工艺过程涉及和需解决的一些关键科学问题，概述了激光微喷丸强化在压力模型、相关试验、数值模拟和表面完整性等方面的研究成果和进展，指出了目前激光微喷丸强化改性研究中存在的问题，并对激光微喷丸技术的发展及其应用进行了展望。

激光熔钎焊是利用两种合金熔点的差异，通过激光加热使低熔点材料（母材和填充材料）熔化，在接头界面与固态高熔点母材相互作用达到冶金结合的异种合金连接方法。按激光能量吸收机制对激光熔钎焊进行了分类，并结合所做工作，阐述了激光熔钎焊方法的发展及研究进展。

激光-电弧复合焊接是焊接领域的研究热点，工业应用前景广阔。保护气体是实现激光-电弧有效复合、获得最大效能的关键参数。结合国内外研究及作者的研究工作，综述了保护气体成分、配比、流量等参数对激光-电弧复合焊接工艺特性、焊缝形貌特征和接头力学性能的影响及研究现状。

介绍了几种调控材料力学性能的特种激光加工方法。所谓激光毛化，是利用高功率密度激光在轧辊表面制造指定形貌和粗糙度，该方法不仅可以改善轧辊的性能与功能，还可以通过冷轧工艺改善所轧薄板的质量与性能。所谓激光界面强化，是在电镀铬前先对基体进行激光离散热处理，以此影响电镀时该基体上镀层原子的沉积过程、细化镀层组织并优化其与基体的界面结构，从而提高镀层部件的性能和寿命。所谓激光辅助成形，则是利用激光热效应作用工件的局部区域，通过诱导弹性应力做塑性功，实现其塑性成形或改善其形状精度。

随着快速成型技术的进步，其研究热点转变到快速直接制造金属功能零件方面，应用范围也拓展到航空航天、医疗、汽车、模具等领域。针对选区激光熔化(SLM)技术更适合精密小批量金属零件的快速制造等特点，结合华南理工大学在该技术方面的研究进展，研究讨论了成型材料、成型工艺与过程控制、应用及其影响因素等，并对SLM技术现状、存在问题和发展趋势进行了分析。

机器视觉技术对激光机器人加工过程检测与控制具有主要作用。基于CCD/CMOS光电视觉技术，开展了激光再制造机器人零件三维几何形貌重建、激光熔池温度场、同轴送粉粉末流浓度场等3种机器视觉系统研究。3D形貌机器视觉系统：扫描宽度200 mm,扫描速度10~50 mm/s，最大误差小于1 mm。温度场机器视觉系统:测温范围700 ℃~2400 ℃，精度50 ℃。粉末流场机器视觉系统：粉末流量检测范围1~100 g/min。3种系统均可进行实时检测,且体积小，能方便地与机器人安装、耦合。

介绍了航空发动机叶片对激光冲击强化的需求，描述了国内外的一些研究成果。测试和对比了方形光斑和常规圆形光斑激光冲击强化后的表面轮廓，并采用方形光斑搭接激光冲击强化TC17钛合金叶片，初步验证了钛合金叶片强化改善振动疲劳性能的效果。分析了发动机整体叶盘(IBR)的叶片边缘激光冲击强化的关键难题，并对发动机整体叶盘激光冲击强化在中国的发展做了介绍和展望。

针对孔型随激光工艺参数变化的特点，建立了具有光束传输和强度分布的激光打孔瞬态二维有限元模型，对孔型演化进行了数值模拟研究。模型考虑了激光束空间分布和材料相变潜热对孔的影响，给出了小孔的温度场瞬态分布和界面演化过程。结果表明，打孔速度随激光与材料作用时间增加而增大，钻孔速度大约在1 m/s量级，而孔径在打孔初期增大之后变化不大。比较了不同参数下各种孔型，包括直筒型、倒锥型和正锥型等，横截面的仿真结果与试验观测值吻合较好。仿真方法可以准确地模拟激光打通孔的过程，为实际工艺研究提供参考。

以10～12 mm厚致密Al2O3陶瓷为研究对象，采用CO2激光，以离散通孔密排分离新技术，实现了厚板陶瓷直线、曲线等自由加工路径的激光无损切割。采用扫描电镜(SEM)和激光共聚焦显微分析方法研究了切缝表面的熔凝层结构，评价了无损切割的良好质量。以激光切割过程的高速摄像CCD分析为基础，对激光峰值功率、占空比、频率、打孔时间等特征工艺参数进行了优化分析，给出了厚度不小于10 mm致密陶瓷激光无损切割的优化工艺参数，脉冲峰值功率2.7～3.5 kW，脉冲频率约50 Hz， 脉冲占空比30%～50%，通孔时间0.1～0.5 s。该技术直线切割速度可达15～20 mm/min。

激光切割液晶玻璃基板是一个复杂的光致热过程，在整个切割过程中温度起着至关重要的作用。运用可控断裂激光切割技术断裂液晶玻璃基板，热应力用于诱导裂纹并使材料沿着切割路径扩展开裂。为了给实际激光热应力切割以指导，减少切割过程中的盲目性，提高激光热应力切割的质量，提出了一种激光切割液晶玻璃基板的数值模拟方法。利用有限元软件ANSYS进行温度场数值计算，建立了激光切割液晶玻璃基板温度场的有限元模型。研究了激光功率和光斑直径对激光切割过程中温度场的影响，得到了温度分布与激光功率、光斑直径的关系。用数值计算结果指导切割，获得了良好的切割效果。

采用大功率CO2激光器研究Al-ZL101/TiB2-Al三层板激光焊接，根据扫描电镜(SEM)及维氏硬度计观察并测量焊后各层TiB2分布及焊缝硬度，得出了在激光焊透及未焊透时的熔池流动状态。结果表明，在激光未穿透焊接时，熔池内存在一个对流环，其对流在小孔缩颈处最为强烈，此处硬度值最大，TiB2体积分数最高，而在熔池底部对流最弱，硬度值最低，TiB2体积分数最小；在激光全焊透焊接时，熔池在上下两个表面分别存在对流环，下表面对流比上表面对流更为强烈，其硬度值较大，TiB2体积分数较高，对流在焊缝中间层两对流环连接处最弱，此处对流流失的TiB2最少，使得TiB2体积分数最大，硬度值最高。

激光焊接过程中较快的冷却速度可能会加剧凝固热裂纹的发生。目前对于激光焊接过程中凝固热裂纹敏感性的系统研究还较少，如何准确测量焊接凝固热裂纹发生的临界应变和温度是获得热裂纹敏感性数据的关键。利用基于高速高倍在线摄像的U型热裂纹实验，捕捉到激光焊接过程中凝固热裂纹发生的瞬间，并通过跟踪测量热裂纹尖端附近两点的位移变化获得凝固热裂纹发生的临界应变；同时，在焊接过程中采用在线观察热电偶投入法对焊接熔池后端的温度变化进行了测量。通过改变U型热裂纹实验的拉伸载荷，获得不同温度下热裂纹发生时的临界应变，从而构建表征凝固热裂纹敏感性的韧性曲线。

由于母材含有大量气源，气孔是压铸镁合金激光焊最主要的问题。在不同的激光功率密度下，采用不同的热输入对压铸镁合金激光焊气孔形成规律进行了研究。在低激光功率密度（1.6×106 W/cm2以下）焊接时，随着热输入的升高气孔率持续升高；在高激光功率密度（3.2×106 W/cm2以上）焊接时，在一定热输入下气孔率出现极小值，由此增加或减少热输入都会造成气孔率的升高，但当热输入非常低时气孔率又出现降低的趋势，即不同激光功率密度下气孔率随焊接热输入的变化存在两种不同的规律。结合压铸镁合金母材中气源行为以及焊接热过程，对两种规律的形成原因进行了讨论和实验验证，研究发现获得低气孔率焊缝的关键是抑制压铸镁合金中原子氢的析出，使其以固溶形式继续存在于焊缝中。

对5A06铝合金激光电弧双面焊接（LADSW）特性进行研究，通过光谱诊断、电弧电压测量和基于斯塔克展宽法的电弧电子密度估算，对激光作用下的电弧物理特性进行分析。结果表明，借助电弧的辅助加热作用，可以明显地改善铝合金激光焊缝表面成形，显著降低甚至消除铝合金激光焊气孔。通过调整激光和电弧能量的匹配，可实现对接头形貌的控制，其中对称“X”型接头内部缺陷较少，具有最佳的力学性能，抗拉强度可达到母材的90%以上。与常规的钨惰性气体（TIG）电弧相比，典型的LADSW电弧形态具有明显的收缩；LADSW电弧具有更多的金属原子，而Ar原子则减少；LADSW电压下降，且更加稳定；LADSW电弧电子密度明显增加。与相同条件下的常规激光焊相比，LADSW激光焊等离子体面积略有增加。

采用精密脉冲激光对厚度为0.2 mm的GH4169高温合金进行焊接试验，利用光学显微镜、电子精密拉伸机等分析测试手段，研究了焊接工艺参数对焊缝形貌的影响，并对接头的金相组织与性能进行了测试、分析。结果表明，以氩气为保护气体，在功率12.8 W，脉宽2.7 ms，脉冲频率5.0 Hz的工艺参数下，以激光为热源可成功实现0.2 mm厚度 GH4169的对接焊，焊缝成形良好、接头抗拉强度高于母材。焊接接头显微组织由焊缝中心区的细小等轴晶和熔合线附近的柱状晶组成，热影响存在晶间析出物导致腐蚀后有类似于裂纹的黑线生成。焊接接头的显微硬度高于母材。

采用Yb:YAG盘式激光器进行3 mm厚1060铝合金-T2紫铜异种金属激光深熔钎焊试验，并用显微硬度测试以及静载拉伸试验对接头的力学性能进行评价。由于焊缝中晶粒细小且含有硬度较高的Al2Cu以及Al2Cu3金属间化合物，其显微硬度要高于铝、铜母材。接头的抗拉强度可以达到铝母材的94%以上，拉伸试验的结果具有一定随机性，其中试样最大的抗拉强度为100.6 MPa，断裂发生在铝合金母材；断裂在焊缝界面处的试样的抗拉强度为94.5 MPa。由于在过渡层内存在硬度和脆性较大的金属间化合物过渡层，与焊缝其他部分存在硬度梯度，在拉伸过程中过渡层处容易出现裂纹，形成断裂。

采用光纤激光器对6016车用铝合金与DC56D镀锌钢搭接接头进行了激光焊接试验研究。研究了焊接速度对铝/钢搭接接头熔深、界面金属间化合物和强度的影响，以及单焊缝与双焊缝两种焊缝布置形式的接头强度差异。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对焊接接头显微结构、金属间化合物成分以及拉伸断裂试样的断口进行了观察测试。结果表明，选择适当的焊接速度，控制熔深在合适范围内时，可获得较高强度的焊接接头。接头界面处生成的金属间化合物主要有Fe2Al5，FeAl2和FeAl3 3种。采用双焊缝布置形式可有效提高焊接接头强度，接头最大拉剪强度可达155 N/mm，约为铝合金母材抗拉强度的84%，相对单焊缝布置接头提高了26%；拉伸试样断裂在铝合金热影响区处，断裂属于韧窝断裂。

为提高20Cr2Ni4A-20 g异种钢中厚板的焊接效率，采用5 kW Slab CO2激光器对20Cr2Ni4A合金渗碳钢与20 g锅炉钢进行异种钢激光深熔焊工艺研究。研究了离焦量、保护气体配比、激光功率和焊接速度对焊缝形貌的影响。采用材料试验机对异种钢激光焊接焊缝拉伸性能进行了测试，采用扫描电子显微镜对断口微观形貌进行了表征。研究发现通过调节离焦量、同轴保护气体成分、激光功率和焊接速度可以优化焊缝成形，最终获得了厚度为8 mm的20Cr2Ni4A-20 g异种钢CO2激光焊接的最佳工艺参数为：离焦量为+2 mm，激光功率为5 kW，焊接速度为2.5 m/min，保护气体采用由5 L/min He与20 L/min Ar组成的混合气体，在此工艺参数条件下，激光焊接接头的抗拉强度高于20 g母材，母材为韧性断裂，断口呈典型的韧窝形态。

采用脉冲式NdYAG激光器作为焊接热源，对镀锌钢板和AISI 304不锈钢板进行非熔透型激光叠焊，通过控制焊接工艺，使得焊接接头在满足强度要求的同时底面无痕迹，以保证不锈钢板的外观质量。通过研究电流、焊接速度、离焦量对焊缝熔深、熔宽和强度的影响规律，对工艺参数进行了优化；焊接最佳工艺参数为I=350 A, V=100 mm/min, ΔF=-1 mm,f=4 Hz,W=10 ms，此时的抗剪强度达到使用要求，不锈钢板表面无焊接痕迹；焊缝组织细而致密，为板条状马氏体组织和残余奥氏体，靠近镀锌板侧还有一定的珠光体组织；由于有马氏体硬化层的存在，焊缝区和焊接热影响区的显微硬度比母材高。

采用4 kW光纤激光器进行了1.6 mm厚的双相高强度钢B340/590DP的激光对接焊。进行了不同对接间隙的焊接接头的表面、截面形貌分析，接头力学性能、金相组织和显微硬度测试。选择某车身零部件，在优化的工艺参数下进行三维对接焊，焊后进行了碰撞试验。激光焊接结果表明，在合适的焊接工艺参数下，当对接间隙小于板厚的18%（约为光斑直径的57.6%）时，可以得到焊缝成形好、热影响区(HAZ)窄的焊缝；当对接间隙小于板厚的16%（约为光斑直径的51.2%）时，焊缝的拉伸强度优于母材；对接间隙变化对焊缝显微硬度以及金相组织无明显影响。碰撞试验表明，激光焊缝碰撞试验强度符合设计标准，某车身三维零部件光纤激光对接焊优于电弧对接焊。

基于0.5 mm厚度Hastelloy C-276合金，开展了脉冲激光焊接实验。结合焊接熔池的浮力效应和Marangoni对流，研究了脉冲宽度、单脉冲能量、脉冲频率和焊接速度对焊缝形成规律的影响。实验表明，单脉冲能量和焊接速度对熔池流动机制的影响相似，适当的参数条件下可以改变Marangoni对流和浮力效应的强弱趋势；而脉冲宽度直接决定了对流机制的形成条件，对焊缝的形成影响显著；脉冲频率的改变决定了相对热作用时间，影响了熔池对流条件，进而影响焊缝形貌特征。

采用光纤激光和CO2激光对AZ31B-H24镁合金进行堆焊和对接焊试验研究。从接头的焊缝成形、微观组织和力学性能等角度，对比分析两种激光的镁合金焊接特性。结果表明，镁合金光纤激光对接焊能够获得较好的焊缝成形，具有较好的工艺适应性，接头强度达到母材的95%以上，断口显示为韧性断裂，韧窝大且深；镁合金CO2激光对接焊容易产生气孔缺陷，接头强度大幅降低，仅为母材的47.6%，断口为混合型断裂方式。

采用激光快速凝固法制备织构化(b轴择优取向)的二钛酸钡(BaTi2O5)铁电陶瓷，使用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析晶相构成及显微组织，利用精密阻抗分析仪测试介电性能。结果表明，激光快速凝固制备BaTi2O5为高纯单斜相，具有较高致密度(相对密度大于95.1%)和择优取向度(0.34～0.48)，其居里相变温度(Tc)约为443 ℃，居里温度点的最大介电常数(εmax)约为6000(100 kHz)，居里外斯温度(T0)为410 ℃，居里外斯常数(C)为2.08×105 K。

采用5 kW横流CO2激光器，在304 L不锈钢基体上激光熔覆了Fe75.5C7.0Si3.3B5.5P8.7非晶涂层。借助光学显微镜、X射线衍射仪、综合热分析仪和显微硬度计，对熔覆层的相组成、组织结构、热稳定性和显微硬度进行了较为系统的研究。实验结果表明，涂层无微观裂纹、夹杂等缺陷，与基体结合良好。涂层主要由非晶相和Fe3P、Fe2Si等金属间化合物组成。涂层具有明显的外延生长特征，在涂层中部区域出现了大片无组织特征的非晶区。涂层的晶化温度为793~835 K，在793 K以下不会发生晶态的转变，具有较高的热稳定性；涂层的显微硬度呈梯度分布，中部硬度最高，最高硬度为441.3 HV，大约是基体硬度的3倍。

激光熔覆技术可以对失效的齿类件进行再制造，但是随着机械动力装置性能的大幅度提高，对激光再制造后齿类件的性能要求也越来越高。为了进一步提高激光再制造后齿类件的性能，采用活化屏等离子体氮化处理技术对Fe314激光熔覆层进行了复合处理，重点研究了活化屏等离子体氮化复合处理对激光熔覆层的表面硬度和抗接触疲劳性能的影响。试验结果表明，复合处理后Fe314激光熔覆层的表面硬度由540 HV提高到927 HV，Fe314激光熔覆层的接触疲劳寿命由2.42×105提高到4.94×105，复合处理后显著提高了Fe314激光层的表面硬度和接触疲劳性能。

利用相同的激光熔覆工艺条件，在H13钢基材上制备了不同TiC颗粒含量的H13-TiC复合涂层。采用准静态拉伸实验，获得了复合涂层的弹塑性应力应变曲线。实验结果显示，复合涂层达到屈服强度后，硬化效应明显；颗粒含量提高，其弹性模量和屈服强度相对增加，但抗拉强度变化不明显。利用扫描电镜(SEM)观测试样拉伸后的断口形貌，在TiC颗粒含量较低的情况下，断口分布有大量韧窝，呈韧性断裂，随着TiC颗粒的增多，断裂方式从韧性向脆性转变。基于Mori-Tanaka平均场理论，耦合ABAQUS子程序UMAT，对颗粒增强复合涂层进行了弹塑性的数值模拟，在一定误差范围内,理论预测与实验结果基本吻合。

为提高AZ31B镁合金表面的耐磨性，利用5 kW横流连续CO2激光器，配制了质量比为61的Al-Si/Al2O3-TiO2复合粉，在AZ31B镁合金表面进行了激光熔覆试验研究。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）仪、能谱分析仪（EDS）分析了熔覆层的组织、界面结合及成分分布情况，并利用显微硬度仪、磨损试验机测试了熔覆层的表面性能。结果表明，激光熔覆复合涂层与基体达到了良好的冶金结合，结合界面清晰可见，XRD结果表明复合涂层由Mg17Al12、Al3Mg2、Mg2Si、Al2O3、TiO2 5种化合物组成；复合涂层最高硬度达245 HV0.05，比基体（50 HV0.05）提高了约4倍；由于陶瓷颗粒的镶嵌和镁铝金属间化合物的综合作用使得复合涂层的磨损性能也得到明显提高，磨损量比原始镁合金减少了81.4%。

为了自由设计并快速制造出机构，引入了免装配机构的概念，即采用数字化设计和装配并采用选区激光熔化(SLM)一次性直接成型、无需实际装配工序的机构。分析了机构直接成型的难点和不同摆放方式对间隙内部支撑的影响；并分析了倾斜摆放方式对间隙成型质量的影响。采用不同的扫描速度加工出不同倾斜角度的样块，测试其极限成型角；设计最小间隙为0.2 mm的曲柄滑块机构并采用水平摆放方式和倾斜摆放方式分别直接成型，验证了机械机构的SLM直接成型方法的可行性。结果表明，在150 W激光功率、600 mm/s扫描速度、0.035 mm铺粉厚度、0.12 mm扫描间距的工艺参数下，所直接成型的曲柄滑块机构可以实现预设计的动作。机械机构的直接快速成型方法使机构的形状和结构更加多样化，且无需装配工序，实现了机构的快速制造。

激光修复试样由激光修复区、热影响区和锻件基体区组成。修复区由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大β柱状晶组成，柱状晶内为编织细密的网篮组织，α相的尺寸极其细小。热影响区组织由基体的锻造双态组织向修复区组织过渡。修复试样经600 ℃,1 h炉冷退火后，β柱状晶晶界连续性基本没有受到影响，晶内α板条略有长大，长宽比减小。退火前后修复试样显微硬度测试结果表明，退火态试样各区显微硬度相比沉积态均略有增加，增幅仅5%。退火后修复试样的高温拉伸性能和高周疲劳性能结果显示,拉伸性能强度指标高于模锻件标准，塑性与模锻件标准相当。修复试样疲劳极限为295 MPa，达到Ti17模锻件标准的70%，并对其在不同加载模式下的失效行为和断裂机制进行了分析。

“形貌自愈合效应”是激光金属直接成形(LMDF)过程中的一个重要现象，在开环控制条件下对提高零件成形精度具有重要作用。为了分析不同材料的形貌自愈合能力，探寻主要影响因素，以指导制定合理成形工艺、提高成形精度，通过正交实验方法，在具有“凸起”特征的基板上，采用激光金属直接成形技术获得了多组单道薄壁试样，分析工艺参数对试样尺寸的影响规律。对316 L不锈钢的实验结果表明，激光金属直接成形中不同工艺参数对其形貌自愈合能力的影响有显著差别，其中扫描速度是主要影响因素，其次为激光功率，最后为送粉量。当优化的激光功率、扫描速度、送粉量分别为240 W、6.0 mm/s、7.3 g/min时，可以显著提高316 L不锈钢形貌自愈合能力，其最大愈合高度超过1.54 mm、愈合速率为每层0.038 mm。

利用选区激光熔化（SLM）工艺成功制备了TiC增强Ti基纳米复合块体材料，其中TiC质量分数为30%。研究了激光线能量密度η（激光功率与扫描速率之比）对SLM成形试件的表面形貌、致密度、微观组织及力学性能的影响。结果表明，在η=400 J/m时，SLM成形试件表面较为光滑，成形致密度达到95.5%，平均显微硬度为750 HV，增强体TiC以细小层片状纳米结构均匀分布于Ti基体中。摩擦磨损试验表明，激光成形复合材料的摩擦系数为0.2，远低于SLM纯钛成形件（摩擦系数为1.2）。在较高激光线能量密度下（800 J/m），因热裂纹产生和增强体TiC枝晶粗化，致使复合材料致密度、显微硬度及磨损性能下降。

将水韧高锰钢试样进行激光冲击，利用H-800透射电镜和JSM-5610LV扫描电镜对试样进行微观分析，得出以下结论：高锰钢在激光冲击(LSP)后硬度会显著增加，出现加工硬化现象，冲击中心点硬度由219 HV升高到486 HV，升高了大约122%。在激光冲击过程中，材料经受了较严重的塑性变形，生成大量的位错，进而形成位错塞积以及位错胞状组织等，随变形增加，结构中出现大量孪晶。孪晶和位错共同作用，从而使晶界、相界等界面遭到破坏，晶粒得到细化，形成亚晶。位错、孪晶与细晶强化共同作用，使高锰钢的性能大幅提高。

采用纳米压痕技术对纯铜试样进行了力学性能测试，包括纳米硬度和弹性模量。结果表明，激光微喷丸强化区域的纳米硬度和弹性模量比未喷丸区域高，最高值分别是未喷丸区域的4.21倍和2.39倍。探讨了喷丸区域的纳米硬度和弹性模量的变化规律，分析了主要影响因素和强化机理。通过纳米压痕技术对材料表面力学性能的合理表征，为激光微喷丸强化过程中的工艺参数选择和表面质量的有效控制提供理论指导。

通过激光加工结合电化学腐蚀脱合金法，成功实现了纳米多孔涂层的制备。首先在45#钢表面制备了成形良好、稀释率低的Cu-Mn合金熔覆层。采用激光快速重熔工艺对初始材料组织进行细化，并对不同微观组织的合金涂层进行脱合金处理。研究表明，通过电化学腐蚀工艺的选择与优化，使惰性元素Cu优先溶解，成功实现了纳米多孔Mn涂层的制备。初始材料组织的细化与成分的均匀化显著提高了Cu-Mn合金涂层的纳米多孔成形能力。优化工艺条件下，纳米多孔Mn涂层呈现出三维连通的网状多孔结构特点，多孔结构厚度达到2 μm。

采用输出波长1064 nm、脉冲宽度20 ns、光斑直径5 mm的调Q钕玻璃激光，对AISI-201不锈钢板表层进行激光冲击，用热场发射扫描电镜(TESEM)和透射电镜(TEM)分析了激光冲击后样品表面的微结构演变，分析了激光冲击诱导的纳晶化行为与形成机理及其对表面性能的影响。结果表明，在距表面300 μm的冲击区范围内，激光冲击在AISI-201奥氏体不锈钢表面形成了直径为20~50 nm的纳米晶，在纳米晶周围观察到非晶组织；表面纳晶层的硬度比基体提高36%。分析认为纳晶化过程是激光冲击超高应变率和超高能量共同作用下的晶粒碎化与晶内缺陷交互作用的结果。

为了更好地理解“黑硅”材料高吸收效率的物理原因，在成功制备了表面具有不同高度的锥状尖峰结构的“黑硅”材料基础上，利用扫描电子显微镜(SEM)获得锥状尖峰的几何参数，并根据该参数进行“黑硅”表面特殊结构建模，计算出“黑硅”材料有效吸收表面积相对于普通平面硅材料的有效吸收表面积增加了20多倍；同时根据表面建模和几何光学的方法在200～2000 nm的光谱范围内进行了反射率仿真，仿真结果与实验测试数据较为接近，从而在理论上验证了该特殊结构的强吸收性是由飞秒激光加工的硅材料有效吸收表面积增加和“黑硅”结构的陷光效应而引起的。

采用CO2激光直写加工技术在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基片表面直写微通道，分析了CO2激光扫描速度和加工次数对加工质量的影响。在加工次数相同的情况下，微通道宽度和深度与扫描速度成反比，在一定速度范围内，微通道深度与扫描速度呈近似线性关系；在扫描速度一定的情况下，微通道的深度和宽度随着加工次数的增加逐渐增大，微通道宽度与加工次数呈不规则幂函数关系。分别在表面光滑、表面打毛和表面附着水膜的基片上加工微通道，并对通道的几何尺寸和粗糙度进行了比较分析。在2种不同实验条件下加工出水力直径为80 μm的微通道，并对微通道的相对粗糙度进行比较，发现通过在基片表面附着水膜的方法可以有效地降低相对粗糙度。这种工艺改进，能够使采用CO2激光直写法加工PMMA基微流控芯片更可行。

通过分析激光脉冲作用于金属薄膜后的能量吸收及演化过程，提出了金属薄膜/复合材料组合体系在纳秒级脉冲激光作用下，因复合材料易气化的特性而存在的特有的薄膜/基底界面分离现象。提出利用这一特有的界面分离过程，可通过控制激光能量密度实现对这种结构体系的高精度、无损伤的刻蚀。利用波前衍射变换技术整形过的刻蚀激光进行了验证实验，实验结果证实了这一方法的可行性。

为了减小激光刻蚀微坑表面的再铸层及增加刻蚀微坑的深度，利用双声光调制技术，通过对比0.25，7.5和200 μs 3个不同量级脉宽，及对比单峰、双峰和三峰等不同激光脉冲波形的激光脉冲刻蚀微坑形貌，来研究激光脉宽及脉冲波形对刻蚀微坑形貌的影响。结果表明，激光脉宽为0.25 μs时毛刺较多，脉宽为200 μs时表面熔凝现象明显，脉宽为7.5 μs时表面熔凝现象及毛刺都明显减少；单峰波形刻蚀微坑表面毛刺较多，深度为7.5 μm，三峰波形刻蚀微坑表面出现熔凝现象，深度为10 μm，双峰波形刻蚀微坑表面毛刺及熔凝最少，深度为15 μm。