以光束穿过三维高速流场为物理模型,研究了由于辐射加热气流对流场的干扰及激光束穿过流场后光束远场的分布。应用二维哈特曼波前测量系统,对高功率光束在风洞高速气流传输中的气动光学效应进行了测量。结果表明，气流未电离情况下，激光与高速气流相互作用对气流的温度、密度等参数影响很小，通过该区域流场的光束波前基本没有变化。

利用积分球绝对测量法，对在20 Pa真空缺氧、1 000 Pa空气,105 Pa空气及1 000 Pa氧气环境下，1 064 nm波长连续激光辐照30CrMnSiA碳钢材料过程中的反射光信号进行了测量，得到了30CrMnSiA碳钢在4种辐照环境下的反射率和温度变化曲线。结果表明：在空气组分辐照环境的低压到105 Pa范围内，材料初始反射率随压力增大而增大；在缺氧和富氧环境的激光辐照过程中，缺氧环境下材料反射率变化缓慢，且变化拐点温度高于富氧环境，富氧环境下材料被加热后的快速氧化反应有利于材料对激光能量的吸收;不同辐照环境（缺氧和富氧）相同材料温度条件下，材料反射率并不相同。

以积分球反射率测量装置平台为基础，开展了大气和真空环境下，连续激光辐照30CrMnSiA碳钢材料加热效率实验研究，得到在大气常压、20Pa和0.4Pa真空环境下，30CrMnSiA碳钢材料的温度历史曲线，以及辐照过程中材料表面反射率变化曲线。在大气环境下，激光加热诱导30CrMnSiA碳钢发生剧烈的氧化放热反应，材料的反射率大幅下降，导致材料温升迅速，最后熔穿；而在真空环境下，材料氧化反应缓慢，反射率变化较小，致使材料温升缓慢。结果表明：大气和真空环境下，连续激光对30CrMnSiA碳钢金属材料的加热效率差异明显，大气环境高于真空环境。

流场求解采用3维雷诺平均N-S方程,分别利用ROE格式和二阶中心格式对对流通量和粘性通量进行离散处理;用高斯-赛德尔隐式格式对方程进行时间推进求解, 采用k-ε两方程模型用于湍流的数值模拟。采用几何光学结合物理光学方法分析平均流动和湍流对光场的影响。计算结果表明:由于窗口外形曲面的曲率不同, 两种窗口外部流场存在较大区别, 气流速度、密度的分布情况各不相同。曲率较大的窗口外形对气流的压缩程度较大, 导致气流绕过窗口顶端中心区域时流速快, 密度梯度大, 因而窗口空气阻力较大, 光束在该窗口流场中传输受气流影响的影响也较大

为了获取大气环境中30CrMnSiA碳钢材料在不同温度时的吸收率，在积分球绝对测量法的基础上，采用加热激光(波长为1064nm)和探测激光(波长为1319nm)同时作用在材料表面的方法，得到了探测激光入射角度为0°和30°时，30CrMnSiA碳钢从室温到熔点这一温度范围内吸收率变化曲线，变化过程分为4个阶段，变化范围从室温环境的0.4左右到熔化状态的0.9左右。结果表明，温度是影响30CrMnSiA钢材料吸收率的重要因素，激光入射角度对吸收率无影响。

为探索研究飞秒激光在材料中驱动冲击波的相关特性，采用激光脉冲频域干涉测试技术对脉冲宽度35 fs、脉冲能量0.7 mJ、功率密度1014 W/cm2量级的飞秒激光脉冲在200 nm厚铝膜中驱动冲击波的过程进行了实验测量。通过测量冲击波在铝膜中的渡越时间，获得激光脉冲在铝材料中驱动的冲击波平均速度约为6 km/s；通过对不同时刻铝膜自由面频域干涉场测量结果的分析，获得铝材料自由表面速度达1 km/s，根据平面冲击波的关系，推算其冲击压强达到9 GPa。

利用载流子输运模型对飞秒激光辐照下单晶硅亚微米薄膜中的能量输运过程进行数值模拟。研究了不同辐照能量密度和不同激光波长对载流子密度和温度超快变化过程的影响规律。结果表明，在800nm激光辐照下，不同入射能量密度仅影响载流子密度和温度响应的峰值，但达到峰值的时刻不变。平衡态的恢复过程受入射能量密度影响很小。在不同波长激光辐照下，光子能量越大，载流子密度和温度达到峰值所用时间越短，对应峰值越大，但衰减速度也越快。当入射光子能量大于单晶硅的直接带隙时，快速衰减时间常数可以与载流子能量弛豫时间相当。

为了研究激光辐照过程中芳纶纤维/环氧和碳纤维/环氧两种复合材料吸收特性的变化情况,采用双积分球-光电管测试系统和对实验回收样品进行微观分析的方法,得到了两种复合材料在1.319μm连续激光辐照过程中吸收率的变化结果。在烧蚀前,材料的吸收率随激光功率增大而缓慢减小,芳纶纤维/环氧材料从0.6减小到0.55,碳纤维/环氧材料从0.85减小到0.8;当材料发生烧蚀时,芳纶纤维/环氧材料的吸收率迅速增大,而碳纤维/环氧材料的吸收率无明显变化。结果表明,烧蚀对芳纶纤维/环氧材料的吸收特性影响较大,对碳纤维/环氧材料无明显影响。

通过双积分球-光电管测试系统和摄像记录的方法,对芳纶纤维/环氧和碳纤维/环氧两种复合材料在1.319 μm连续激光作用下的烧蚀阈值和烧蚀过程中材料对激光能量的吸收特性进行了实验研究。结果表明:芳纶纤维/环氧复合材料的平均烧蚀阈值随材料厚度增加而降低,碳纤维/环氧复合材料的平均烧蚀阈值不受材料厚度影响,约为70 W/cm2;两种纤维增强复合材料烧蚀前的反射率随激光功率增加而缓慢增大,芳纶纤维/环氧材料从0.40变化到0.45,碳纤维/环氧材料从0.15变化到0.20;当发生烧蚀时,芳纶纤维/环氧材料的反射率急剧下降,吸收率增大,碳纤维/环氧材料的反射率无明显变化,吸收率约为0.80。

利用800 nm波长的飞秒抽运探测技术测量了具有不同单晶硅薄膜厚度的绝缘衬底上硅(SOI)皮秒瞬态反射率变化,并通过基于受激载流子密度和温度变化过程建立的反射率模型讨论了SOI表面载流子的超快动力学过程。研究表明,表面复合速度(SRV)是影响载流子动力学响应的主要因素,且薄膜厚度越小表面复合速度就越大,对应的表面态密度可达到1015 cm-2。对于较小的SRV,受激载流子的超快响应决定了瞬态反射率变化; 而对于较大的SRV,晶格温升对瞬态反射率变化的贡献变得显著,使得反射率在更短的时间内恢复并超过初始值。