强激光脉冲在水中的自聚焦传输、成丝、击穿及击穿后产生的声波，近年来成为强激光脉冲传输应用研究领域的一个热点。强激光脉冲电离产生的空泡在溃灭过程中，对周围水体产生压缩，从而在水下产生声波。在现有理论基础上，考虑空泡含气量、水的粘滞系数和水的表面张力系数对空泡运动及其产生声波的影响。给出双空泡运动方程，分析空泡间距对空泡溃灭和其产生声压关系。根据实际情况，计算不同温度情况下单空泡和双空泡运动过程及其产生的声压，并进行相互比较。计算结果表明： 水温越高，空泡运动时达到的最小半径越小，空泡振荡周期和溃灭时间延长，产生声压越高。随双空泡间距减小，空泡溃灭时达到的最小半径线性减小，而其产生的最大声压则单调增大。

分析了激光击穿水介质时的能量分布情况，给出了相应的能量计算方法。构建了研究激光击穿水介质能量分布的实验系统，利用高速摄像机对激光击穿水介质过程中的冲击波辐射、空泡脉动等现象进行了记录，得到了冲击波速度以及空泡尺寸等参数。利用水听器对远场声波信号进行了测量。研究结果表明：激光击穿水介质的过程中，大部分激光能量转换成了冲击波和空泡能量，两者占到的比例为60%~90%；激光能量的改变对激光击穿水介质的能量分布影响不大；当激光会聚角增加时，冲击波和空泡能量变大，同时透射激光能量减小。

利用高速摄像机拍摄了同步双脉冲激光聚焦击穿水介质产生激光空泡的运动过程。分析了该条件下产生的四种典型激光声信号特性，初步计算了光声能量转换效率。研究结果表明：通过调节脉冲激光的能量差，可以控制激光声信号峰值间隔，提高激光声信号脉宽；两空泡之间无量纲距离为1.5时，溃灭过程中出现融合现象，融合过程中空泡热力学能转化为机械能，融合后形成的单个空泡能量变大，其溃灭产生的激光声信号主频降低；同步双脉冲激光聚焦击穿情况下的光声能量转换效率为6%~10%。

为了研究环境压强对固壁面附近激光空泡溃灭射流的影响, 采用光偏转方法对固体壁面附近空泡溃灭行为进行了实验研究, 得到了不同环境压强下空泡的溃灭时间、溃灭射流冲击压强。结果表明, 相同激光能量下, 环境压强对空泡溃灭时间、射流冲击压强都有非线性的影响关系, 环境压强越大, 溃灭时间越小, 射流冲击压强越大; 在空泡溃灭的前期, 泡壁加速率较小且受环境压强的影响较小; 在溃灭的后期, 射流形成, 空泡上表面泡壁中心点速率迅速增大, 且相应阶段的加速率随着环境压强的增大而增大。这一结果对激光水下加工及空泡动力学的研究有积极的意义。

采用强脉冲激光器设计液体环境下刚性壁面空蚀实验平台, 改变液体中含气量, 利用高速相机观察不同含气量条件下激光空泡在壁面附近的脉动过程, 并对刚性壁面造成的空蚀结果进行了观测。实验研究发现, 随着液体中相对空气含量的提高, 激光空泡脉动的最大尺寸增大, 空泡的膨胀运动变剧烈, 溃灭运动速度降低, 空泡的溃灭强度降低, 从而影响到溃灭冲击波和壁面微射流对刚性壁面的冲击速度, 减弱了壁面空蚀, 而液体中含气量的提高能够降低激光空泡对刚性壁面的空蚀程度。

采用激光技术聚焦击穿液体产生空泡，利用高速摄像系统开展激光空泡与自由液面的相互作用的实验研究。实验研究发现，空泡与自由液面之间的无量纲距离对水下空泡的脉动特性和自由液面的水冢现象存在影响。通过大量实验总结了无量纲距离与空泡半径、空泡脉动周期、自由液面水柱的最大高度和产生水冢时间的相互关系。实验表明无量纲距离越小，空泡脉动周期越短，自由面的水冢现象越明显。同时统计出了在不同无量纲距离范围内所出现的5种不同水冢现象的规律。研究内容为空泡与自由液面相互作用的理论提供了实验依据。

采用脉冲激光聚焦于透明液体中产生单个激光空泡, 利用高速相机拍摄空泡在透明液体中整个运动过程, 并对刚性壁面造成的空蚀现象进行了观测。实验研究发现,空泡溃灭将产生高速冲击波和高速射流, 这是造成刚性壁面损伤的两种主要原因。空泡与刚性壁面的无量纲距离在0.4~1.4之间时, 刚性壁面首先受到高速冲击波的破坏, 由于空泡的趋壁效应, 空泡在第二次收缩过程中将在壁面附近对实验靶材产生高速微射流的空蚀破坏。且这两种作用机制在无量纲距离为1.0时, 高速微射流对壁面的空蚀效果更加明显。

采用甚高速照相技术与建立激光空泡在刚性半球壁面内的运动模型相结合的方法, 确定了激光空泡在刚性半球面壁内的运动特性与无量纲距离的关系, 提出了最佳无量纲距离概念。结果表明：半球反射面的半径与激光空泡最大半径之比小于1.1时, 激光空泡在第1次膨胀时就会产生严重的变形并弹出半球面, 并产生空化泡和空蚀, 它们均会严重影响激光声的传播。该比值在1.1～3.3时, 激光空泡将在第3次收缩之前接触半球面, 容易对壁面造成空蚀。在该比值大于3.3的情况下, 激光空泡在第3次收缩之前不会接触半球面, 对激光声的传播和反射特性影响较小。如果考虑把空泡第1次溃灭时产生的激光声的声学中心控制在击穿点时, 需要把该比值控制在5以上。

采用两套光偏转测试装置对不同表面张力液体中激光空泡脉动及溃灭特性进行了实验研究，获得了液体表面张力改变对固壁近旁空泡生长和溃灭过程的影响。结果表明，表面张力延缓了空泡的膨胀过程，加速了空泡的溃灭; 表面张力对空泡溃灭的影响要强于对膨胀的影响; 液体张力越大，空泡脉动周期越短，且空泡对应的最大泡半径越小而收缩所能达到的最小泡半径亦越小。此外，液体张力越大，射流所产生的瞬时冲击力越大，即表面张力加强了液体射流对固壁的空蚀作用。研究结果可为水下激光加工、激光医疗、空化空蚀相关流体力学的研究提供一定的理论和实验支持。

采用自行研制的基于光偏转原理的高灵敏度光纤传感器研究了激光在水中铝靶表面产生的等离子体空泡及其脉动特性。通过实验获得了激光等离子体空泡在靶表面两次膨胀收缩的全过程；判定了空泡在两次脉动中对应的最大和最小泡半径。进而结合空泡溃灭理论,推算了激光空泡在各次脉动周期中含气量的变化。实验结果表明,激光空泡的含气量越小,空泡收缩越剧烈,气泡所能收缩的最小泡半径越小,其相应溃灭周期也越短。