化学强化玻璃被广泛应用于电子产品屏幕,但很难被切割加工。利用皮秒激光高峰值功率、超短脉冲及贝塞尔光束长焦深的特点,在化学强化玻璃内加工出一个狭长的改性截面,利用强化玻璃本身的应力与皮秒激光诱导的应力,使强化玻璃精准地沿着改性截面自动断开,并获得了切割速度高达400 mm/s,切割面粗糙度为395 nm的切割分离效果。实验结果表明,影响切割速度和质量的主要参数是单脉冲能量和脉冲改性间距。

利用有机相法合成Nd3+掺杂CdSe纳米晶(CdSe∶Nd), 通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜 (TEM)、紫外吸收光光谱及荧光光谱表征, 证明Nd3+已经成功掺入到CdSe的晶格中。与纯CdSe纳米晶相比, CdSe∶Nd纳米晶的结构仍为立方晶型, 且形貌近似球形, 均匀分散, 粒径约为2～4 nm。紫外吸收峰和荧光发射峰都发生红移, 而且掺杂后的CdSe∶Nd纳米晶量子产率也提高, 这可能是由于掺杂Nd3+引入了新的杂质能级, 带隙减小。为了实现CdSe∶Nd纳米晶的可加工性和功能性, 通过微乳法合成SiO2 壳包覆的CdSe∶Nd纳米球(CdSe∶Nd@SiO2 纳米球), CdSe∶Nd@SiO2 纳米球呈均匀球形, 直径约为100～115 nm, 并且包壳后的CdSe∶Nd@SiO2 纳米球发射峰(581 nm)与CdSe∶Nd纳米晶(598 nm)相比, 发光强度提高且发射峰蓝移, 蓝移约为17 nm, 可能是因为SiO2 壳可以减少纳米晶表面的非辐射跃迁以及改善表面缺陷导致的。

为了解决传统加工过程中重铸层无法消除的问题,采用超快皮秒激光创新性地在水介质中对Al2O3陶瓷进行皮秒激光钻孔实验,并与空气中钻孔结果进行对比,研究了皮秒激光主要参量如单脉冲能量、扫描次数等对陶瓷微孔的孔径、锥度和重铸层厚度的影响规律,并分析讨论不同介质中皮秒激光与Al2O3陶瓷相互作用机理及材料去除机制。结果表明,在水介质中激光钻孔直径增加约35μm、微孔锥度降低至1.04°并可获得无重铸层钻孔效果; 激光作用过程中水的存在会引起空泡作用、吸收作用和运输作用,有效防止了去蚀材料二次黏附,消除了重铸层和降低了微孔锥度,提升了微孔质量。该研究阐述了水辅助激光钻孔的具体影响状况并加深了对水辅助的影响机理理解。

为了改变KDP晶体精密加工难和效率低的状态,采用皮秒超快激光抛光KDP晶体的新方法,系统地研究了激光波长、单脉冲能量密度、激光束入射角、光斑搭接率、扫描方式以及激光焦深等因素对激光抛光KDP晶体质量的影响规律,并对激光与KDP晶体的相互作用机理进行了分析。结果表明,在皮秒激光波长λ=355nm、聚焦镜焦距f=56mm、激光束入射角α=84°、激光重复频率F=800kHz、脉冲能量密度Q=2.4J/cm2、光斑搭接率O=60%、45°多方向交叉扫描以及加工次数T=10次的优化参量条件下,KDP晶体表面粗糙度均方根值可达到76nm。这一结果使激光抛光技术的研究得到了进一步补充。

基于激光热裂纹控制法, 提出了多焦点激光分离厚透明材料的方法。通过理论计算与ZEMAX软件模拟相结合的方式, 设计了能形成三个焦点的光路系统, 并利用该系统进行了夹层玻璃、磷酸二氢钾（KDP）晶体、超白玻璃等透明材料的切割分离实验。结果表明, 利用该方法得到的表面平整光滑, 无亚表面损伤, 粗糙度小, 有效解决了单个激光焦点热裂纹分离方法受材料厚度限制的问题, 该方法具有很大的应用前景。

为了满足激光3维微加工不断提高的精度要求、不断增大的加工尺寸范围，以及加工效率的上升需求，采用理论分析和计算结合的方法，研制出由动态聚焦镜和2维扫描振镜组合的动态聚焦系统，与高精度X-Y-Z 3维高精度工作台集成为一台激光大尺度3维动态聚焦扫描加工设备。设计了焦距为100mm、视场角±15°、光阑口径7mm、后工作距137mm、相对畸变小于0.5%的远心f-θ镜和入光口径8mm、光学杠杆比1∶8、后工作距800mm±40mm的动态聚焦镜系统，并使用ZEMAX软件对系统关键光学部件动态聚焦镜和远心f-θ镜进行光学设计及系统性能评价。结果表明，通过工艺控制软件分层拼接，实现了460mm×310mm×50mm大尺度3维动态聚焦的高精度紫外激光微加工功能，在该3维扫描范围内，激光聚焦光斑直径始终保持小于10μm，从而满足大尺度激光3维精密微加工需求。

为了减小温度对半导体激光器输出光波长和功率稳定性的影响,设计了由恒流模块驱动半导体制冷器,通过改变恒流模块的电流来控制半导体制冷器的制冷量,利用分段积分的比例-积分-微分控制算法,选择最优控制参量,实现大功率半导体激光器的精密温控系统.系统包括高精度测温电路、控制核心DSP F28335、半导体制冷器控制电路、人机交互及通信模块.在5℃～26℃环境下对系统进行测试,实现50W大功率半导体激光器的恒温控制,温控范围为15℃～45℃,温控精度达到±0.02℃.结果表明,该系统温控范围广,控制精度高,满足大功率半导体激光器的温控要求.

为了满足半导体激光器能量均匀化的应用需求, 基于ZEMAX光学设计软件设计了一套光束整形匀光系统。采用非球面镜与倒置柱面镜望远系统的透镜组合对单模半导体激光器进行准直, 得到近似高斯圆光斑; 在推导了基模高斯强度分布的匀光投影半径的基础上, 利用ZEMAX优化得到两个非球面镜组成的匀光透镜组, 在一定范围内可获得能量均匀度达96%以上的圆光斑。同时, 实现了一个大功率半导体激光器光纤耦合模块的能量匀化设计, 满足对能量匀化要求较高的应用。结果表明, 该研究为半导体激光器能量均匀化的应用提供了有效方法。

为了研究不同纳秒激光工艺参量(波长、能量密度、扫描速率)以及铜层厚度对激光刻蚀覆铜板质量(包括刻蚀深度及加工面粗糙度)的影响, 采用50W的1064nm红外光纤激光器和10W的355nm紫外固体激光器对覆铜板进行了对比刻蚀实验。通过分析红外、紫外激光刻蚀覆铜板材料的作用机理并对比实验结果得知, 采用1064nm红外光纤激光作为激光光源时, 设置合适的刻蚀参量, 能在完全去除铜箔层的条件下, 最大限度地保证环氧树脂基底的完整性; 而采用355nm的紫外激光作为激光光源时, 因环氧树脂材料对紫外波段激光的高吸收率, 以及紫外激光对有机材料的光化学作用, 基底材料的损伤难以避免, 此外, 红外光纤激光具有较高的刻蚀效率。结果表明, 综合光纤激光器高稳定性和高集成度的特点, 若激光直接刻蚀技术被用于大规模覆铜板的工业加工中, 红外光纤激光将更具优势性。

为了得到较理想的激光刻蚀结果, 采用355nm固体紫外激光, 分别在空气与水中进行了氧化铝陶瓷片激光刻蚀实验。对激光主要参量如脉冲能量密度、激光扫描速率、激光重复频率等对水下刻蚀深度和质量的影响进行了对比研究; 对激光刻蚀的机理以及水辅助刻蚀的物理过程进行了分析, 分别得到了紫外激光在空气中与水下的刻蚀形貌与不同激光参量下的刻蚀深度数据。结果表明, 水辅助激光刻蚀可以提高刻蚀效率, 改善刻蚀质量; 水下激光刻蚀深度与激光的脉冲能量密度、加工速率、重复频率和水的深度等参量有密切的关系; 水辅助激光刻蚀过程中水的冷却作用以及产生的空泡有效防止去蚀材料的二次黏附, 避免变质层的形成, 既提高了刻蚀质量, 同时也增加了刻蚀深度。