采用钛蓝宝石飞秒激光加工系统在融石英表面诱导表面周期性微纳结构，研究了激光诱导表面周期结构的形成过程以及激光能量密度、脉冲数、光斑大小和脉冲的空间间隔对融石英表面激光诱导表面周期结构的形貌的影响。实验结果表明，飞秒激光在融石英表面可以诱导出周期性的亚波长结构，主要以垂直于激光偏振方向的光栅状结构为主，其周期在百纳米量级且具有更好的可复现性。在激光光斑控制在1 μm附近时，所得到的形貌具有较高的规则性。根据实验结果设计了聚焦高斯光斑低通量的加工方式。所制备的光栅结构具有200~300 nm的周期，平均深度约为300 nm。

激光增材制造技术可实现高熵合金零部件的快速制造，但增材件存在表面质量差、难加工等问题。对此，笔者采用激光抛光工艺来改善CoCrFeNi高熵合金增材件的表面质量。首先通过筛选实验法和单因素实验法，研究了激光功率、扫描速度、扫描间距、离焦量、扫描轨迹和扫描次数等因素对表面粗糙度的影响规律，而后探讨了激光抛光对合金表面元素分布和微观组织的作用机制。结果表明：激光抛光技术可以有效降低增材件的表面粗糙度，离焦量和激光功率对表面质量的影响相对较大，表面粗糙度随着扫描速度、离焦量、扫描次数的增加呈现先减小后增大的趋势；经激光抛光后的高熵合金增材件表面O元素和Cr元素含量显著降低，Co元素、Fe元素及Ni元素含量略有提升，表面粗糙度较初始表面粗糙度降低了约90%；连续激光对增材件表面的作用机制主要是重熔，对表层氧化物的去除机制主要是汽化。

激光焊接B340LA高强钢是汽车轻量化设计制造的重要技术难题。采用Fe30金属粉末作为填料开展了B340LA高强钢激光填粉焊接工艺试验，研究了对接间隙、焊接速度和填粉速度对焊缝质量的影响规律，发现在优化工艺参数条件下，可以得到焊缝形貌平整，焊缝强度高于母材的优质焊缝。结果表明，对接间隙是影响表面余高和塌陷的最重要工艺参量，随着对接间隙的增大，焊缝形貌下凹量增大，当对接间隙为0.15 mm时，焊缝出现塌陷。焊接速度对焊缝表面余高和塌陷影响较小，随着焊接速度的增加，焊缝形貌平整，未出现塌陷现象。填粉速度对抗拉强度的影响较大，随着填粉速度的增加，焊接件的组织大范围细化，抗拉强度增加。当填粉速度<8.27 g/min时，焊接接头断裂在焊缝位置；当填粉速度≥8.27 g/min时，焊接接头断裂在母材，此时焊接接头强度高于母材。该研究成果丰富了激光焊接基础理论，为车用B340LA高强钢激光焊接提供技术支撑。

干涉测试是一种高精度的表面形貌无损测量方法。通常情况下，单色光干涉测试以激光作为光源，采用缩小成像方案测量表面面形。宽带光干涉测试能够有效避免单色光干涉测试时的2π相位模糊问题，常与显微成像技术相结合，测量阶跃型结构的表面微观形貌。当阶跃型结构样品的横向尺寸较大时，宽带光显微测试需要采用拼接手段，降低了测量效率。本文提出了一种缩小成像的宽带光干涉仪，该仪器可用于大尺寸阶跃型表面的形貌测量，其工作波段为480~750 nm，采用1 inch探测器形成了47.60 mm×35.76 mm的测量视场。系统组成包括照明准直镜、干涉腔和成像镜。照明准直镜采用科勒照明方案，可以提供数值孔径NA=0.015、视场直径Φ=59.6 mm的均匀照明物方视场；干涉腔集合了Mirau型等光程干涉与Fizeau型无中心遮拦的优势，由倾斜1.5°的分光平板和倾斜3°的参考平板组成；成像镜与准直镜形成双远心成像光路，成像放大率为0.25×，在宽谱段范围内的畸变校正达到0.24%。采用构建完成的宽带光干涉仪测试了USAF1951分辨率板，系统分辨率可达14 lp/mm；测试了校准高度分别为7.805 μm和46.554 μm的台阶板，对阶跃型结构测量的高度偏差优于0.4%。

基于纳秒激光烧蚀试验，采用三维共聚焦显微镜对GCr15钢表面点织构形貌进行了定量表征和分析，探讨了激光能量密度对纳秒激光烧蚀GCr15钢表面点织构形状、几何尺寸和结构稳定性的影响规律。结果表明：随着激光能量密度的增加，GCr15钢表面点织构形貌结构先由凹坑变为凸起，再由凸起变为凹坑，最后变为不规则结构；点织构几何尺寸误差随激光能量密度的变化，在不同阶段呈现不同的规律；点织构形貌结构稳定性随着激光能量密度的增加，呈先减小再增大的变化趋势，当激光能量密度由54.585 W·mm^-2增加至363.977 W·mm^-2时，形貌平均误差先由3.16%降至2.08%，再增加至8.16%。研究结果为激光烧蚀GCr15钢表面点织构形貌的控制提供了参考。

为精准还原单脉冲激光褪漆过程，建立了单点褪漆有限元计算模型，分析了激光褪漆的温度场和热应力场变化规律，通过生死单元技术实现了漆层形貌仿真还原，并完成了不同功率的激光试验对比验证。结果表明：单脉冲激光褪漆过程中，温度判据决定最大烧蚀形貌深度，热应力判据决定最大烧蚀形貌宽度。所提多物理场分析模型获得的褪漆形貌与试验的平均贴合度达到93.3%，较传统单温度场的仿真形貌精度提高6.5%，该研究对实际激光褪漆工艺具有较好的指导与应用价值。