为了研究水雾对激光加工碳纤维复合材料(CFRP)的影响，采用水雾辅助激光加工CFRP的方法，通过正交实验、多元线性回归分析和光学仪器进行了理论分析和实验验证，得到了水雾对激光加工CFRP的影响规律并优化了工艺参数。结果表明，随着喷嘴高度、喷嘴角度增加和气体压力减小，激光光斑直径逐渐减小; 随着喷嘴角度增加和气体压力减小，激光损失率逐渐减小,喷嘴高度对激光功率影响小; 当喷嘴角度50°、气体压力0.2 MPa和喷嘴高度为30 mm时，可以获得最大5.303的深宽比，此时激光损失率为1.473%; 建立的水雾参数与加工质量之间的经验公式可以预测切缝内部特征; 与气体辅助激光加工CFRP相比，水雾辅助激光加工CFRP可以获得更小的截面热影响区和更大的槽深。该研究可为激光低损伤加工CFRP提供参考。

为了揭示激光切割碳纤维复合材料(CFRP)时材料对激光能量的吸收和传递机理，分别建立了激光同向切割单丝排列CFRP的三维有限元模型、丝-束直径比例三维模型和纤维-树脂两相三维模型。模拟结果表明，随着丝-束直径比例的减小，切缝宽度从229.45 μm降至95.60 μm，热影响区(HAZ)宽度从172.08 μm降至156.79 μm。试验与模拟结果基本一致，切缝宽度和HAZ宽度的误差分别为5.97%和1.13%。

从艾里光束的理论基础出发，详细研究了艾里光束的远场传输特性，包括场强分布、光斑直径和桶中功率(Power in the Bucket，PIB)的演化过程。探讨了场强分布随截断因子a和任意横向刻度x₀的变化规律，以及a和x₀对艾里光束保持无衍射性质传输的距离(Distance with Keeping Non-diffraction，DKNd)、演化成类高斯分布的距离(Distance in which the Evolution became similar Guassian，DEG)和自弯曲程度(Self-bending Degree，SbD)的影响。研究发现：场强分布在演化成类高斯分布过程中，DKNd、DEG和SbD都随着x₀的增大而增大，DKNd和DEG随a的增大而减小，a对SbD无影响。研究了艾里光束的光斑直径和PIB的演化规律, 发现在a值不同的情况下，在传输过程中光斑直径先保持不变后增加，PIB先减小后增大，最终等于0.76。

通过理论推导分析了激光熔覆过程中熔覆层裂纹形成的物理机制，研究了激光光斑直径对裂纹缺陷的影响。选择40Cr 为基底材料，Ni60 为熔覆粉末进行了激光熔覆实验，获取了不同光斑直径下的熔覆效果图，并对裂纹分布特性进行了分析。理论与实验结果表明，随着激光光斑直径的增大，熔覆层的裂纹率逐渐增加，裂纹的深度逐渐加深，裂纹的宽度也随之加大。

装配间隙是影响国际热核聚变实验反应堆(ITER)校正场线圈盒激光封焊质量的重要因素之一。采用热丝填充激光焊接，在离焦量分别为+5、+10、+16 mm的情况下对5 mm厚核聚变用钢316LN在不同对接间隙条件下进行光斑直径与对接间隙裕度的研究。焊后进行了焊缝表面、截面形貌的分析，同时进行了金相组织、接头拉伸强度、显微硬度测试及断面电镜与成分分析。结果表明，在热丝填充激光焊接中，光斑直径大小不仅可以与对接间隙量相当，还可以在小于对接间隙量0.1～0.2 mm的情况下，得到表面成形较好且抗拉强度值较高的焊缝，当光斑直径小于对接间隙量达到0.3 mm时，焊缝表面成形变差且抗拉强度值下降。