为了研究组合脉冲激光与单晶硅材料的相互作用过程, 采用两束脉宽分别为7ns和1ms的脉冲激光复合作用的方式, 进行了单束毫秒脉冲激光和组合脉冲激光辐照硅片的实验研究, 并结合数值计算对比了两种激光工作模式辐照造成的表面损伤形貌, 根据组合脉冲激光延迟时间的不同将损伤形貌分为3类, 对熔融深度和表面损伤半径做了进一步的研究。结果表明, 组合脉冲激光的损伤效应更为严重, 包括解理裂纹、烧蚀和皱褶, 表面损伤半径主要取决于入射毫秒脉冲激光的能量密度, 而熔融深度随延迟时间的增加而减小, 毫秒脉冲激光的预加热以及纳秒脉冲激光造成的表面损伤与后续毫秒脉冲激光的相互作用, 使得组合脉冲激光具有更好的损伤效果。该研究结果可为今后组合脉冲激光加工半导体材料提供参考。

研究了氟化钙(CaF2)晶体不同晶面在355 nm脉冲激光辐照下的损伤特性。在7.8 ns脉冲激光辐照下,测量(100)、(110)和(111)三种不同晶面样品的损伤阈值和损伤点形貌,并基于表面热透镜技术测量样品表面的光热弱吸收。实验结果表明:(111)晶面CaF2晶体样品的光热吸收最高,激光损伤阈值最低,损伤形貌表现为熔融坑,并伴随有片层状剥离,说明了(111)面在355 nm激光作用下易解理;(100)和(110)面晶体的损伤形貌同样为熔融坑,但损伤阈值及光热弱吸收与晶面无明确的关联。

用磁控溅射的方法在石英基底上制备了金(Au)膜,研究了Au膜在近激光损伤阈值(LIDT)飞秒脉冲激光辐照下的物相结构和表面形貌。结果表明:所制备的Au膜为(111)面取向生长的薄膜;近LIDT的激光辐照使辐照区的Au膜形成大晶粒,并由(111)单一取向变为多晶结构;Au膜晶粒尺寸的增大会导致表面粗糙度增加。实验结果为明确Au膜在飞秒激光作用下的损伤过程及后期应用提供了依据。

为了研究碳纤维环氧树脂在不同脉宽激光辐照下的损伤形貌, 采用全自动变焦测量技术进行了实验验证, 测量了碳纤维环氧树脂在毫秒/纳秒脉冲激光辐照下, 损伤面积、损伤深度以及损伤形貌随激光能量密度的变化。结果表明, 在毫秒脉冲激光作用下, 材料损伤区域中心会产生一定的温度积累, 损伤区域有一定的热效应, 出现熔融、热解等现象, 当激光能量密度为20.5J/cm2时, 材料的损伤深度达到了47.3μm, 材料表面析出的碳化物的高度为157.1μm, 损伤深度以及表面碳化物的高度都随着能量密度的增大而增大; 在纳秒激光作用下, 光斑周围有明显的热反应区域, 当能量密度大于47.3J/cm2时, 表面的热反应区尤为明显, 损伤面积随激光能量密度的增大明显增大, 由于作用时间较短, 损伤主要为表层损伤; 树脂热解的气体向外膨胀, 导致纤维结构断裂。研究结果为激光对碳纤维环氧树脂的损伤效果提供了实验依据。

实验研究了不同激光预处理参数对于纳秒激光多脉冲作用下HfO2/SiO2反射膜损伤形态转化的影响。通过对比两类损伤扩张性和对薄膜功能性破坏机制, 提出激光预处理技术的重要意义在于抑制损伤形态转化过程。通过薄膜损伤形态分析揭示了激光预处理作用机制为节瘤缺陷的去除和亚表面吸收前驱体的形成两方面的综合作用。实验结果表明: 预处理后薄膜损伤形态转化特征曲线向更高通量和更多发次方向平移。针对现有工艺下的薄膜, 采用高通量、两台阶的预处理参数组合能够获得兼顾效率的最佳收益, 其零几率损伤形态转化阈值最高可以提升140%。

对KrF准分子激光辐照K9玻璃进行了损伤实验, 并与脉冲CO2激光损伤K9玻璃进行了对比分析, 研究了紫外和远红外两种激光系统对同种光学材料的损伤特性。实验结果结果表明, KrF准分子激光和脉冲CO2激光对K9玻璃的损伤形貌基本相同, 损伤主要是热力耦合损伤机制, 但是两者在损伤阈值和损伤时间等方面仍有很大差别。与脉冲CO2激光相比, K9玻璃的KrF准分子激光损伤阈值更低, 并且损伤持续时间更短。通过两类激光在波长和光子能量上的巨大差异可以很好地解释这一现象。该研究结果对准分子激光在空间工程应用上有着非常重要的参考价值。

利用猫眼回波的变化研究焦平面上硅在激光辐照下的损伤演化。随着激光辐照时间的增加, 回波图像出现抖动, 产生新的纹理, 判定焦平面上硅受到损伤。损伤对应的回波图像面积不断扩大, 损伤区内光斑结构逐渐变得复杂, 且光斑面积不断减小, 最终形成动态稳定的损伤回波图像。依据回波图像的变化分析硅的损伤形貌, 依次出现表面氧化、小尺度形貌损伤、损伤面积扩大等现象。初步分析了回波图像纹理特征与焦平面上硅损伤形貌的对应关系, 认为回波图像损伤区光斑的自相关性与角二阶矩随着损伤形貌粗糙度的增大而减小。

研究了表面处理工艺对铝合金表面抗激光损伤能力的影响。结果表明，在相同纳秒激光脉冲辐照下，与机械抛光相比，化学镀镍、阳极氧化黑和硬质阳极氧化处理的表面损伤阈值较低，而钝化和微弧氧化的损伤阈值较高；相同处理工艺但不同参数对应的损伤阈值不同。通过比较不同工艺表面的相关物理参数，对损伤阈值、形貌和规律进行了分析。结果表明，钝化更适用于高功率激光装置中铝合金表面的处理。