使用皮秒激光时，通过改变激光标刻参数，可以在铝合金表面得到不同对比度的黑色图案。通过激光扫描显微镜对实验标刻样本表面进行测量，并通过电磁波理论建模对皮秒激光打黑机理进行分析。研究发现，激光标刻样本宏观基体表面存在微纳尺度的最大高度值不同的密集峰谷形貌。样本表面微纳峰谷形貌的最大高度值越大，表面反射率越低，从而形成对比度较大的黑色图案。通过样本灰度值得到的对比度与理论建模得到的对比度几乎一致，这证实上述机理是激光打黑铝合金的主要原因。

为区分不同种类花粉, 采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM) 和表面增强拉曼光谱对雪松花粉和茶花蜂花粉、荷花蜂花粉、玫瑰蜂花粉、荞麦蜂花粉、五味子蜂花粉、益母草蜂花粉、油菜蜂花粉等七种蜂花粉进行形貌观察和光谱表征。结果显示: 花粉间的形态差异微小, 扫描电子显微镜难于区分各种花粉, 而表面增强拉曼光谱可以简单快速的鉴别不同种类花粉。七种蜂花粉在1800~400 cm-1范围存在明显差异。相比蜂花粉, 雪松花粉的拉曼信号更清晰可辨, 其主要特征谱带出现在1701、1657、1572、1522、1397、1293、1208、810和565 cm-1附近。

在工业领域中,具有可追溯性的直接零件标识技术受到越来越多的关注。但是很多产品零部件对于直接零件标识有尺寸要求,限制了信息存储容量。为了提高直接零件标识的数据存储密度,在直接零件标识技术中引入彩色二维条码的概念,设计了一种彩色Data Matrix二维条码直接零件标识。利用纳秒激光标刻设备在钛合金材料上进行标刻实验,成功实现彩色二维条码的激光标刻,并进行质量评估。为了进一步验证条码的可靠性,采集激光标刻二维条码的图像,依照评估结果选择是否在信息提取前进行条码重构,从而校验条码信息。校验结果证明了所加工彩色Data Matrix二维条码是可靠的,彩色直接零件标识技术具有可行性,可以在工业直接零件标识领域进行推广应用。

微生物在生态系统中具有重要的作用,所以鉴别微生物具有重要的意义。采用表面增强拉曼光谱(SERS)对雪松花粉(PML)、双色牛肝菌(BBP)孢子、小美牛肝菌(BSF)孢子和紫色粉孢牛肝菌孢子(TPS)进行鉴别研究。结果显示:雪松花粉的常规拉曼信号在1702,1680,1513,1382,1243,1011,793 cm ^-1处,表面增强之后在1698,1653,1592,1516,1403,1288,1210,813,562 cm ^-1出现明显的拉曼峰;三种牛肝菌孢子的常规拉曼未显示拉曼峰,雪松花粉、双色牛肝菌孢子、小美牛肝菌孢子和紫色粉孢牛肝菌孢子的表面增强拉曼光谱在1700~1100 cm ^-1差异明显。结果表明,利用SERS可以实现对雪松花粉、双色牛肝菌孢子、小美牛肝菌孢子和紫色粉孢牛肝菌孢子的鉴别。

老化种子的鉴定对农业生产和粮食安全具有重要意义。利用红外光谱三级鉴别法(傅里叶变换红外光谱技术、二阶导数红外光谱技术和二维相关红外光谱技术相结合)对不同储藏年份的豆类种子进行区分。结果显示:3种豆类种子的傅里叶变换红外光谱图总体相似,且主要由蛋白质和碳水化合物的吸收峰组成;不同储藏年份的豆类种子的原始红外光谱仅在1800~700 cm ^-1范围内有微小差异,几个吸收强度比随储藏年份增加呈现下降趋势;方差分析显示不同储藏年份的种子的吸光度比有显著差异;不同储藏年份的种子的二阶导数红外光谱(在1800~700 cm ^-1范围内)的吸收峰形状和强度存在差异;在二维相关红外光谱中,不同储藏年份的蚕豆和红豆种子(在860~1690 cm ^-1范围内)及大豆种子(在1350~1800 cm ^-1范围内)的自动峰和交叉峰出现的位置、数目及强度存在显著差异,其中数目随储藏年份增加而减少,强度随储藏年份增加而减弱。偏最小二乘法分析能对不同储藏年份的种子进行快速分类。3种豆类种子在老化过程中都表现出明显的光谱差异,表明红外光谱三级鉴别法可以快速区分不同储藏年份的豆类种子,有望发展成为简单、快速鉴别种子老化的光谱方法。

纳秒激光氧化着色是一种新兴的着色工艺, 不需要专门的涂料, 具有加工灵活、加工精度高等优点。目前纳秒激光氧化着色的技术已经出现很多年, 但尚未在工业应用中得以推广, 原因在于从原理上尚不能完全解释激光照射材料时与材料表面的相互作用, 着色效果上激光参数与产生的颜色之间的定量关系还不明确, 模型与实际效果之间存在差异, 同时该工艺在可重复性、稳定性、加工效率等方面还存在些许的问题需要解决。针以钛金属和不锈钢为例, 对纳秒激光氧化着色的原理进行了阐述, 总结了影响着色效果的因素, 并对该技术所存在的问题进行了总结, 同时讨论了下一步的研究方向。

针对在空气环境下金属表面激光标记时, 会出现热影响区较大, 飞溅物易沉积影响加工质量, 同时产生废气和悬浮颗粒, 对环境有污染等问题提出了水辅助条件下进行激光标记二维条码的方法。首先, 从条码质量评定指标的角度, 研究了水层深度对条码图像质量的影响, 然后, 对比分析了在两种环境下的条码图像质量情况。结合微观分析, 证明了水辅助激光标记二维条码的可行性, 并且能够解决空气环境下产生的问题。最后, 通过设计正交试验和方差分析对水辅助条件下激光加工参数与条码评定指标的关系进行了分析, 并进行了参数优化。

随着全球对食品安全性重视的提高, 对水果实现产品追溯成为必然要求。目前, 对于水果追溯大都是通过在水果表面粘贴纸质标签实现, 然而, 由于纸质标签粘贴强度稳定性差, 有些容易脱落, 造成信息丢失; 有些又难以去除, 给广大消费者带来麻烦。针对此问题, 利用激光技术在水果表面直接标刻二维条码成为新的研究热点。为此, 本文以香蕉为研究对象, 利用CO2-S100XP激光器在香蕉表面标刻Data Matrix(DM)二维条码, 研究了直接标刻二维条码在香蕉表面应用的可行性, 分析了激光参数对二维条码颜色和对比度的影响, 同时, 分析了影响条码识读的各个因素。实验表明: 激光功率和标刻速度是影响条码质量主要因素; 香蕉划痕、黑斑和标刻位置会影响条码的质量和条码的识读。

利用Nd∶YAG纳秒激光器在304不锈钢上进行着色试验，得出了以304不锈钢为基底的黄、蓝、绿、红、紫等颜色基本工艺参数，并定义CIE1976 L*a*b*国际色度空间色差(ΔE)为指标，研究了电流、扫描速度、工作台偏焦量等参数对着色稳定性的影响，从而确定了使各颜色稳定的激光工艺参数范围，为激光多彩标刻奠定了良好基础，对同类激光器的激光着色加工有一定的指导意义。

针对目前国内缺乏激光直接标记的加工及质量检验标准的情况, 以金属铝板为试验对象, 研究了影响标记质量的因素以及质量评价方法。提出一种图像处理与正交试验相结合的方法, 分析了有效矢量步长、有效矢量步间延时、Q频和激光电流四个激光工作参数对标记质量的作用效果。以对比度为考察指标, 通过对试验数据进行方差分析以及 F检验, 证明了有效矢量步长为影响标记质量的显著因素, 且有效矢量步长取 0.003 mm, 有效矢量步间延时取 40滋s, Q频取 1 kHz, 激光电流取 12A时在铝板上标记出的图像质量最优。该研究对在不同材料上快速得出标记图像的最优工艺参数组合有一定的指导意义。