在高能、高功率激光系统光路中的超光滑光学元件上的高反射薄膜表面出现污染时, 会导致光学元件的损伤, 激光透过率下降, 影响激光传输质量, 并降低光学元件的损伤阈值, 制约系统的负载能力和高通量稳定运行能力。为了尽可能减少元件表面污染物的沉积, 对污染物沉积特性进行研究显得尤为重要。对密闭玻璃腔中超光滑元件表面的污染物沉积特性进行了研究, 利用原子力显微镜和傅里叶红外光谱仪对不同手段处理后的样品进行测试和分析, 实验结果表明, 随着放置时间的增加, 表面污染物的沉积越来越多。这种污染物中可能含有—NH化学键, 会引起超光滑元件表面粗糙度的变化, 可以使用酒精、丙酮或铬酸清洗, 或者氧气氛围中等离子体放电等手段有效去除, 但高温烘烤对污染物的消除没有明显的效果。根据上述实验结果, 结合光学元件加工流程的综合分析, 认为造成零件表面污染的原因是光学元件加工过程中残留的物质, 在真空环境下缓慢释放所致。因此, 对于洁净度要求极高的超光滑光学原件, 在加工过程中尽可能地使用容易被简单溶剂消除的辅料, 并在完成加工后减少贮存时间, 尽快进入清洗工序, 可以有效提升光学元件洁净度。

采用真空激光焊接方法对10Ni5CrMoV低合金高强钢进行焊接,研究了环境压力对焊缝组织和力学性能的影响。结果表明:真空激光焊接可以明显改善激光焊缝的表面成形质量,增加焊缝熔深;环境压力对焊缝组织的影响不大,对热影响区组织的影响明显;不同环境压力下得到的焊缝均由马氏体组成;在热影响区,随着环境压力的降低,碳化物逐渐析出,显微组织由马氏体向马氏体+碳化物+极少量粒状贝氏体转变,并且出现了少量铁素体;真空环境下得到的焊缝中马氏体含量降低是硬度下降的主要因素;在环境压力为10 Pa时,焊缝硬度较大气环境下的减小6.2%;拉伸试样均断裂于母材处,试样出现明显的颈缩现象,断裂方式为韧性断裂。

为了研究加工环境对铝板浸润性的影响, 在真空和空气两种不同加工环境下进行了激光诱导加工铝板。使用光学表面轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM), 对比分析了样品表面微观结构的区别; 使用接触角测量仪, 对比分析了真空和空气不同加工环境、不同储存环境对样品表面浸润性的影响。结果表明, 相同激光参数下, 相对于空气加工环境, 在真空加工环境下样品表面粗糙度更小。同时, 空气加工环境下的样品具有从超亲水转变为疏水甚至超疏水的性能, 而真空加工环境下的样品能够始终保持良好的亲水性能, 但空气环境下加工后, 真空储存环境更有利于样品表面浸润性的转变, 可大大提高制备超疏水铝板的效率。

实验研究了蓝色飞秒激光(1 kHz, 50 fs, 400 nm)在105 Pa(标准气压)和10－3 Pa两种不同气压环境下, 在单晶硅衬底的金属铬膜表面形成亚波长(~250 nm)一维周期性条纹结构的情况, 分析比较了入射激光能流、样品扫描速度、样品薄膜厚度等参数对表面条纹结构的影响.结果表明, 10－3 Pa的真空环境可以有效改善铬膜表面亚波长条纹结构的形成质量; 随着铬膜厚度的减小(100 ~25 nm),表面条纹质量逐渐提高, 但当铬膜太薄(≤ 25 nm)时材料表面易出现烧蚀不均匀现象; 另外, 随着飞秒激光能流密度的降低或扫描速度的增大, 条纹结构的空间周期将会减小, 此时条纹之间的沟槽内逐渐出现纳米线分布.

真空环境下激光焊接熔深得到显著提高，焊缝成形及气孔等缺陷得到极大改善，可以获得常规激光焊接方法难以获得的显著效果。近些年，有关真空激光焊接过程机理，低真空甚至局部负压环境激光焊接装置的研究日益完善，真空激光焊接技术在船舶、核电及压力容器等领域大厚板焊接中展现出良好的应用前景。本文首要概述环境压力变化对激光焊缝熔深，焊缝表面成形及气孔等缺陷的影响规律，从焊接过程等离子体羽辉及匙孔、熔池的动态行为特性方面总结国内外学者有关真空激光焊接机理的研究成果，并介绍了真空焊接技术在工业领域的应用情况，最后对目前已报道的研究中存在的问题进行分析并对真空焊接技术的发展前景进行展望。

热真空环境适应性是空间光学遥感仪器的关键性能之一，对超光谱CO₂监测仪的复原光谱精度尤为重要。基于空间外差干涉技术原理，采用理论分析和试验手段对仪器热真空环境适应性进行了讨论。理论分析了热真空环境对准直光束发散角、扩视场空间外差干涉仪组件基频波长、成像镜头离焦和缩放比等因素的改变对复原光谱的影响，并基于CS-800型热真空模拟设备开展了测量实验。实验结果表明，理论分析得到的系统基频波长与实验数据吻合，复原光谱廓线形状与理论分析一致。当干涉仪组件均采用融石英(SiLiCa)，热控精度优于1.1 ℃时，仪器可具有0.01 nm的光谱稳定度，该分析为空间外差干涉光谱仪各功能组件的热控要求、地基常压条件下基频的选定等问题提供了理论依据。

为研究真空环境下电磁场诱发针-板电晕放电特性，研制了电磁场发生器、真空系统、高压静电源、动态电位测试仪等组成的电磁场辐照诱发真空电晕放电模拟试验系统。该系统可实现真空管内气压为80 Pa的低真空环境，并利用此系统进行在电磁场的作用下的电晕放电试验，初步得到了电磁场辐照诱发电晕放电的阈值电压的变化规律。试验结果表明：当温度、湿度等其他环境因素基本不变，真空管内气压为80 Pa时, 正常放电阈值为-590 V, 利用负极性高压静电放电, 电压取值范围10~20 kV, 产生的电磁脉冲辐射作用于真空管内充电区域，可使放电阈值降低90~180 V。

为减小等离子体对激光焊接过程的干扰，扩宽大功率激光焊接的应用范围，对真空条件下激光焊接的焊缝成形和等离子体特征进行了研究。结果表明，真空激光焊接可以改善激光焊接表面成形，增加熔深。在焊接速度为0.5 m/min 时，真空环境下焊缝熔深大约是大气环境下焊缝熔深的3 倍。对比不同焊接速度下环境气压对熔深的影响规律发现，在焊接速度较小时，环境气压对于激光焊接的熔深影响更加明显。在真空条件下，较大的负离焦可以显著增加熔深，改善焊缝成形。等离子体图像观测结果表明，随着环境气压降低，等离子体逐渐减弱。真空环境对激光焊接等离子体强烈的抑制效应是真空激光焊接熔深增加，焊缝成形改变的一个原因。