艾里光束具有无衍射、自加速和自愈合三大特性, 其中自加速特性最吸引人。为更全面了解艾里光束的自加速特性, 在保证其轨迹完整的前提下, 基于几何变换改变相位图中立方相位的相对位置和旋转角度来探究艾里光束的加速特性, 利用傅里叶光学推导出对应的光谱公式进行验证。结果表明, 相位图几何变换调制可以显著改变艾里光束的传播轨迹位置和空间偏转位置。研究对艾里光束的自加速特性领域及应用提供了更全面的认识, 对控制其他加速光束的理解提供了新的思路。

采用波长800 nm的飞秒激光对硬质合金YG6表面进行多脉冲加工, 利用光学显微镜测量微凹坑损伤形貌及损伤直径, 研究了飞秒激光在不同能量密度和脉冲数下硬质合金YG6的损伤阈值和损伤直径的变化规律及其损伤机制.试验结果表明: 硬质合金YG6的多脉冲损伤阈值随着脉冲数增加而降低, 呈现明显的累积效应.试验得到了多脉冲飞秒激光加工YG6的损伤阈值、损伤直径与脉冲数及中心能量密度的定量关系, YG6多脉冲损伤阈值主要与脉冲数相关, 由单脉冲损伤阈值和累积系数共同决定, 试验得到YG6单脉冲损伤阈值为1.14±0.06 J/cm2, 累积系数为0.84±0.02.损伤直径主要与光束中心能量密度和脉冲数相关, 由光束束腰半径, 单脉冲损伤阈值和累积系数共同决定.试验采用多组平均功率和脉冲数对YG6进行烧蚀, 验证了单脉冲损伤阈值和累积系数的可靠性.

利用不同能量的飞秒激光脉冲对铝基材料表面接触角进行调控, 并对其浸润性转变机理进行了分析研究。结果表明, 经飞秒激光加工和时效处理后, 铝基材料表面最终稳定的浸润性状态与激光能量及时效时间相关。随着激光能量的增大, 表面接触角由70°转变为150°以上。对不同能量加工条件下的铝基表面形貌、粗糙度及化学成分进行了分析, 结果表明, 激光加工后的样品浸润性由亲水状态最终转变为超疏水状态。在不同脉冲能量区间均可得到超疏水表面, 但其表面微观结构存在非周期性或周期性结构的差异, 疏水性能的形成机理不同。

利用飞秒激光处理陶瓷刀具表面, 研究了脉冲能量和光斑重合度对其表面浸润性的影响。通过测定激光处理后的氧化铝陶瓷刀片表面的接触角来观察其浸润性。实验结果表明, 飞秒激光可以改变陶瓷材料表面的润湿性能, 通过选择合适的激光能量密度和光斑重合度, 可以制备出超亲水表面和超亲水基切削液的表面。水基切削液在激光处理过的表面上的润湿速度与接触角呈指数衰减关系。

提出了一种利用纳秒光纤激光快速制备超疏水铝板表面的方法, 对样品表面的接触角和粗糙度进行了测量。烘烤处理激光加工后的样品, 得到了一系列具有不同润湿性能的铝板表面, 增加激光能量密度可得到超疏水表面。研究结果表明, 增加激光能量密度除了能提高铝板表面的粗糙度, 还会形成明显的微纳二级结构; 空气占铝板超疏水复合接触面总面积的90%以上; 纳秒激光诱导铝板超疏水表面是微纳结构和化学成分共同作用的结果。