考察倾斜表面纳秒激光抛光后的表面形貌演化规律及表面倾斜程度对抛光效果的影响规律, 可以为增材制造中的自由曲面激光抛光提供参考。采用纳秒激光对不垂直于光轴的粗糙平面进行激光抛光, 并采用激光共聚焦显微镜对激光抛光后的表面形貌进行测试分析。结果表明: 表面倾斜30°时, 抛光后的表面在距离起始点4 mm附近存在表面轮廓波动异常增大的现象, 表面粗糙度值增大到15.80 μm; 倾斜角度增大到45°时, 表面轮廓波动异常增大的位置变化到2 mm附近; 倾斜角度为60°时, 未发生表面轮廓波动异常增大现象。表面轮廓波动异常增大现象反映了激光抛光从过熔型抛光到浅熔型抛光的过渡过程; 自由曲面的激光抛光工艺需要根据抛光区域的倾斜程度和表面粗糙度选定合适激光功率密度和离焦量, 从而实现良好的激光抛光质量。

为研究聚焦系统对晶圆标识工艺的影响, 搭建以1 066 nm的声光调Q脉冲光纤激光器为光源, 分别使用普通F-Theta透镜和远心F-Theta透镜的晶圆激光打标系统, 使用相同的工艺参数分别在晶圆表面进行点阵标识, 研究两种聚焦系统下晶圆的烧蚀阈值、离焦效果和点的形貌。采用白光干涉仪对晶圆标识区域的三维形貌进行评估, 研究发现普通F-Theta透镜与远心F-Theta透镜对晶圆的烧蚀阈值的影响区别不大。在离焦效果方面, 普通F-Theta透镜随着离焦量增加, 标识点直径逐渐变小; 而远心F-Theta透镜随着离焦量增加, 标识点直径先增大后减小。在打标范围内的标识质量方面, 两者在打标范围中心的标识质量基本相当, 离中心越远, 远心透镜也未能表现出更好的标识形貌。

为了探究激光功率、离焦量、扫描速度等工艺参数对石油管螺纹激光除锈效果的影响规律并获得最优工艺参数组合，以表面粗糙度值为指标，采用正交实验法进行石油管螺纹激光清洗实验，得出影响激光清洗效果因素的显著性排序。通过单因素实验法，得出不同工艺参数下的表面粗糙度值和氧元素含量的变化规律。以氧元素含量衡量清洗样件的表面损伤程度，以表面粗糙度为优化目标进行工艺参数优化。基于响应面法建立优化目标与激光工艺参数之间的数学模型，将数学模型与优化后的粒子群算法结合，得出优化工艺参数组合，即激光功率为488 W，离焦量为+3 mm，扫描速度为3000 mm/s。在优化后的工艺参数下进行管螺纹激光清洗加工，实验结果表明，管螺纹表面锈蚀层被去除，基底表面清洗效果良好，且熔池周围无熔融物，证明了方法的有效性。

在激光直写光刻系统中，锁焦性能是影响光刻系统曝光均匀性的关键因素之一。研究了压电陶瓷作为光刻系统中的锁焦执行器时的动态响应特性，并对其在极坐标光刻系统中对曝光均匀性的影响作了探索。在探索过程中，发现了压电陶瓷对一般非简谐信号的动态响应结果和其对特征简谐信号的动态响应结果之间的非线性关系，并通过样品曝光实验验证了这个非线性关系的正确性。利用该非线性关系量化计算出了使用该压电陶瓷能够满足锁焦要求的旋转台最高的工作转速，同时指导压电陶瓷生产商针对性地优化了适合本极坐标光刻系统的压电陶瓷的动态响应特性，优化后的压电陶瓷的锁焦能力提高了125.2%。

在激光诱导击穿光谱(LIBS)技术中，离焦量的选取对LIBS的探测灵敏度具有重要影响。LIBS光谱强度最大时对应的最佳离焦量具有基质效应，不同物理特性的金属基质样品具有不同的最佳离焦量。通过实验测定了12个物理性质有明显差异的高纯金属样品的最佳离焦量，初步推测了最佳离焦量与金属基质元素物理特性参数之间的关联，所得结论支持前期LIBS击穿阈值的研究结果。本文研究结果表明金属基质元素的力学、光学、电学和热学特性对最佳离焦量有影响，尤其是基质金属元素的热导率和比热容对最佳离焦量影响很大，且都与最佳离焦量正向关联。本文依据基质元素物理特性参数的本质对最佳离焦量的基质效应机理进行了合理分析，分析结果对进一步理解LIBS技术中的基质效应机理和修正基质效应提供了基础支撑。

近视防控离焦镜片的光学性能评价的过程中，通常以镜片的屈光度地形图作为分析依据，对成像质量的影响目前研究较少。从像质评价入手，搭建了一套镜片−相机测试系统用于测量离焦镜片的光学传递函数（MTF）。整个系统是由光源、成像模块、镜片夹持工具、棋盘标定板和MTF分析软件系统组成的。实验过程中对相机镜头、国内明月离焦镜片、国外Z品牌离焦镜片的MTF进行了测试和比较。结果显示镜片MTF分布与光焦度分布一致，光焦度和离焦量的设计相关。因此对离焦镜片的像质测试不仅能分析镜片的光学性能还可以分析其离焦量，为离焦镜片设计提供了一种新的评价方式。

为研究激光选区熔化(SLM)工艺成形CX马氏体时效不锈钢时的成形质量与力学性能,基于单熔道实验确定了CX马氏体时效不锈钢SLM成形的工艺窗口。在此基础上,分析了离焦量对SLM成形CX马氏体时效不锈钢试样致密度、硬度和表面粗糙度的影响规律。结合拉伸实验和微观组织观察,研究了热处理前后试样力学性能的变化规律。结果表明:在低离焦量时,激光能量密度过高,熔池不稳定性增加,球化现象明显,试样致密度和硬度降低,表面粗糙度升高,拉伸断口呈准解理断裂特征;随离焦量增大,适宜的能量密度和光斑尺寸有利于相邻熔道间和层间形成良好的冶金结合,力学性能得到改善;当离焦量过大时,激光能量密度和穿透深度降低,层间存在未熔金属粉末,试样致密度和力学性能下降。当离焦量为3.5 mm时,试样横截面与纵截面硬度最高为35.94 HRC和36.82 HRC,表面粗糙度最低为7.315 μm,拉伸断口转变为韧性断裂,抗拉强度最高为1218 MPa。同时,经固溶时效热处理后,试样力学性能显著提高,抗拉强度最高为1746 MPa,相比打印态试样提高了43.35%。

为了研究真空激光焊接TA2工业钛板时正离焦量对焊缝成形质量、显微组织和力学性能的影响，采用真空舱和大功率碟片激光器，在4.0×10-1 Pa的真空度下进行不同离焦量的焊接。结果表明：正离焦量可有效完成板材的焊接。在真空环境中，随着离焦量的增加，焊缝表面的成形质量提升，焊缝熔宽增加。离焦量的增加会导致光斑能量分散，因此当离焦量达到+4 mm 时，焊缝熔宽达到最大值，随后开始呈下降趋势。在不同的正离焦量下，焊缝与热影响区晶粒的尺寸、形式均不同，随着离焦量的增加，晶粒尺寸逐渐降低。0 mm离焦时，焊缝显微硬度提升1～2倍，在+4 mm和+8 mm的离焦量下，焊缝显微硬度无明显变化。使用8 mm的离焦量焊接时，焊缝的拉伸力和抗拉强度达到最大值，分别为57 759 N和292 N/mm。通过对正离焦量下真空焊接TA2工业钛板的研究，得出结论：使用+4～+8 mm的离焦量真空焊接TA2工业钛板，可得到综合性能较好的焊缝。这对其在船舶制造领域的应用具有重要的意义。