测量激光光束质量(M2)因子时一般要求光路准直, 同时要求降低噪声对光斑半径测量的影响。光路偏移会导致CCD采集的光斑偏离CCD中心, 噪声使偏移光束的光斑半径和M2因子的测量值存在额外误差。针对含噪声且光路偏移CCD中心的情况, 提出了一种测量M2因子的改进方法, 即当光路不准直时, 在光路每个位置采集两个不同偏移量的光斑, 则可校正得到光斑半径的真实值, 从而得到无准直误差的M2因子。理论推导了激光光束的光斑半径和M2因子与偏移量的变化关系, 通过数值仿真和实验研究了偏移光束的光斑半径和M2因子随偏移量的变化, 二者结果一致, 验证了所提方法的可靠性。

对于光斑主轴在传输过程中不停变化的扭曲光束,采用光斑主轴方向上的光束传输比对光束质量等特性进行表征和描述并不全面。针对扭曲高斯光束,在光束传输矩阵的理论计算的基础上,研究了通过双柱透镜产生扭曲光束的方法; 推导得到了光束在交叉方向上光束传输比的表达式,并定义了一个新的物理量-光束的扭曲系数; 分别采用光束传输矩阵和数值模拟,得到了不同柱透镜之间夹角和间距下的扭曲系数,通过光束传输比和扭曲系数共同对扭曲光束进行表征。结果表明,相比于单纯的光束传输比,两者的组合能够更好地对扭曲光束进行表征。通过实验对理论和仿真结果进行了验证,理论结果和实验结果相符。

气孔是5754铝合金激光搭接焊接过程中经常出现的缺陷，它对焊缝的机械性能有很大的影响。实验采用光纤激光器研究了在搭接铝合金板间设置间隙对气孔的影响及其机理，发现，间隙的设置为气孔的逃逸提供了一个通道，气孔率有明显减小的趋势。当间隙从0变化到0.2 mm时，由于间隙较小而有毛细现象的发生，搭接间隙气孔的逃逸通道被液态焊缝金属的凝固过程封闭，气孔减小并不明显；当间隙从0.30 mm变化到0.75 mm时，由于间隙增大，间隙部位的焊缝液态金属发生的毛细现象减弱甚至消失，导致这部分金属距离熔合线很近，表面保持液态，气孔逃逸的通道被打开，气孔有明显减小的变化。实验还发现，随着间隙的增大，搭接焊缝的剪切强度有了很大的提高。