为了有效提高激光打孔的速率和激光能量的利用率, 采用长脉冲激光和短脉冲激光空间叠加打孔的方法, 对复合激光打孔的最佳匹配参量进行了理论和实验研究。建立复合激光打孔最佳匹配模型, 以熔融物的产生和去除达到平衡为准则, 理论计算得出长脉冲激光和短脉冲激光的最佳匹配参量和最佳匹配情况下的复合激光打孔速率。同时进行了毫秒脉冲和纳秒脉冲的 Nd∶YAG激光器复合作用于5mm的不锈钢板的打孔实验。结果表明, 在实验中得到的最佳匹配参量下, 复合激光打孔速率相比于毫秒脉冲激光单独打孔最大提高了3.3倍。实验和理论模型均证明了复合激光打孔在最佳匹配状态下, 打孔速率达到最大, 激光能量得到充分利用。

为了克服纯铜表面激光熔覆时热量难以积聚的困难, 得到冶金结合良好的Ni60熔覆层, 采用预热辅助脉冲激光熔覆的方法, 在纯铜表面进行了Ni60合金粉末的熔覆实验, 并建立了纯铜表面预热辅助脉冲激光熔覆过程的3维瞬态热弹塑性模型, 对温度场及残余应力进行了仿真。预热温度达到573K时, Ni60熔覆层中裂痕完全消除;预热温度为673K时, 激光熔覆的加工效率提升了2.2倍;预热辅助脉冲激光熔覆得到的Ni60熔覆层平均硬度达到800HV0.2; 常温下, Ni60熔覆层与ASTM52100钢相对耐磨性为4.45, 摩擦系数约是铜和ASTM 52100钢的57%。结果表明, 随着预热温度的升高, Ni60熔覆层中裂纹减少, 激光熔覆效率提高; Ni60熔覆层有效地提高了表面硬度, 减小了摩擦系数。通过预热辅助脉冲激光熔覆技术, 在纯铜表面制备得到无裂纹、无气孔的Ni60熔覆层, 可有效地提高铜基材的硬度与耐磨性。

为了克服线性模型在描述高功率运转的激光晶体时, 热焦距和热致双折射计算值与实测值不符的缺点, 采用非线性热传导模型, 计算了常用[111]切割方向Nd∶YAG激光晶体的热致双折射椭圆分布以及径向和切向热焦距。进行了平均热焦距数据测量和旋转线偏振光干涉实验, 实验结果与理论分析吻合。结果表明, 非线性模型对Nd∶YAG激光晶体在高功率运转时的描述更符合实际情况, 普适性更强。这一结果对于设计高功率径向或切向偏振固体激光器是有帮助的。

为了防止输电线路激光除冰过程中激光损伤绝缘子等电力设备，采用有限元分析软件ANSYS对激光与普通瓷、氧化铝瓷、氧化锆瓷、堇青石瓷作用后的温度场和应力场进行了数值模拟，得到氧化铝瓷具有较好的抗热应力破坏性能，并进行了Nd∶YAG激光照射绝缘子表面实验，得到绝缘子表面温度与照射时间和损伤类型的关系。结果表明，激光功率密度和照射时间是影响绝缘子破坏的重要因素，瓷绝缘子表面损伤包括热损伤和热应力破坏，破坏类型与表面温度相关。提出了瞄准、控制、激光除冰与其它除冰方式相结合等保护措施。这一结果对输电线路激光除冰工程应用中保障电力设施的安全是有帮助的。

在分析棒状激光介质热应力导致退偏损耗特性的基础上，建立了相应的数学模型，探讨了谐振腔内低阶模和高阶模退偏损耗的不同特性，提出一种具有退偏补偿和选模功能的新型谐振腔。该谐振腔结构在运行时存在三个子腔且因棒状激光介质的热应力导致退偏特性相互耦合，通过对这三个子腔偏振态补偿特性、谐振腔稳定性及选模特性进行深入分析，给出了此类谐振腔理想的设计方案，开展了相应的实验研究，并获得较好光束质量的激光输出。

采用几何光学的方法分析了离轴棱镜对在不同离轴偏移量的情况下光线的传输特性。通过光线追踪技术建立了离轴棱镜对内光线传输的数值模型, 得到离轴偏移量d与棱镜斜边L的数值关系。讨论了3种情况下棱镜对间光线传输次数、传输方向和分布特性。结果表明, 当d=L/2n(n=1,2,3…)时, 光线在棱镜对内等间距的传输便于增益的均匀提取, 更有利于光线在板条状增益介质中的多程传输与放大。

对LD侧边抽运的板条激光介质热效应进行理论分析与数值模拟, 根据2.5 mm×14 mm×40 mm Nd∶YAG板条实物建立了相应的三维(3D)热模型, 采用有限元方法分析并模拟了板条激光介质内部温度场和热应力的分布, 给出在120 W抽运功率下板条激光介质的热畸变特性,估算了在不同抽运功率下热焦距的大小。在此基础上设计并封装了LD侧边抽运的板条激光模块, 对该模块的热焦距进行实验研究, 得到热焦距随抽运功率变化的测量曲线, 实验结果与理论分析一致。

为了对光掩模版亮场缺陷进行修补，采用激光化学气相沉积的方法，利用功率密度为1．3×10⁸W／cm²的355nm紫外激光诱导Cr(CO)₆分解，在1．5s内获得了光掩模亮场区域附着力强、消光比高的金属Cr膜。结果表明，在开放的环境下，采用高功率密度、短作用时间的方法能够得到高质量的沉积薄膜，满足了微电子行业中对掩模版修复的要求。

介绍了CO2激光在高压线除冰中的实验研究情况.由于直接热融法除冰效率较低,提出了激光热融加上冰块自身重力脱落法除冰的实验方案.利用功率为35 W的CO2激光照射冰块与绝缘子的接触面,降低其粘结力以致整体脱落从而达到除冰的目的,测得除去1 kg冰需要90kJ的能量,耗时26 min.

针对板状Nd:YLF激光介质,在高斯光束抽运情况下,用ANSYS有限元软件模拟了激光介质的热效应,对激光介质中各点的温度和应力分布进行了分析和比较.研究发现双侧抽运与单侧抽运相比,更易获得对称的温度分布,随着抽运光斑横截面变大,抽运面中心温度变低.同时得到板条的棱边、端角处存在较大热应力,且引入的机械应力不可忽视,因此,激光器运转时此区域需防止断裂.