采用355 nm全固态紫外纳秒脉冲激光器对蓝宝石（Al₂O₃）进行打孔实验。通过控制变量法，对蓝宝石样品进行了打孔加工，研究了激光能量密度、重复频率和扫描速度对蓝宝石通孔质量的影响。实验结果表明，通孔边缘熔融物堆积形成的重凝区随着激光单脉冲能量的升高而减小，但是激光能量过高时，通孔附近出现沉积物，影响通孔的质量；通孔边缘的重凝区随着激光重复频率的降低而减小；通孔附近的沉积物随着激光扫描速度的降低而减少，但是速度过低时，激光脉冲的重叠率过高，导致高斯激光外围孵化效应明显，且其能量不足以使材料气化，因此扫描速度过小时孔道边缘再次出现熔融物堆积形成的重凝区。研究结果表明，采用纳秒脉冲激光加工高质量蓝宝石微通孔是可行的。

使用毫秒脉冲激光精密打孔系统,在厚度为2 mm的镍基高温合金GH4037上进行通孔加工。针对传统控制变量法中通孔加工脉冲个数设定值过盈会造成诸多不利影响等问题,利用穿透检测技术建立脉冲个数阈值的数学模型,并使用基于此模型得到的改进型控制变量法研究了激光的离焦量、扩束比和脉冲重复频率对出入口孔径、锥度和打孔效率的影响。研究表明,当离焦量为-2~0 mm、扩束比为2~4、重复频率为45~85 Hz、辅助气体为氧气时能够得到较高的打孔效率,与传统控制变量法相比,打孔效率最高可提升89.09%。

激光诱导薄膜损伤阈值的准确测量是判别光学薄膜抗激光损伤能力的重要依据。采用单因素控制变量法, 建立了激光能量误差、聚焦光斑尺寸误差与损伤阈值误差的数值模型, 理论分析了能量误差、聚焦光斑尺寸误差对薄膜损伤阈值的影响, 通过搭建实验平台测量了辐照在薄膜表面的实际能量和聚焦光斑尺寸, 根据实验结果采用统计学原理评估了薄膜损伤阈值不确定度。研究结果表明: 随着能量误差、聚焦光斑尺寸误差的增大, 损伤阈值误差也增大。单层膜样品实例分析, 损伤阈值测量合成不确定度为0.87 J/cm2。因此, 研究能量和聚焦光斑尺寸误差对损伤阈值的影响, 为获得准确的薄膜损伤阈值测试结果提供了方向。

通过控制变量法研究了激光能量密度、加工速度、重复频率、刻蚀次数等激光加工参数对紫外激光诱导等离子体刻蚀Pyrex7740玻璃刻蚀深度和表面刻蚀质量(包括边缘是否齐整、崩边、碎裂等)的影响规律。结果表明, 以铜膜作为吸收层的紫外激光诱导等离子体刻蚀Pyrex7740玻璃的激光能量密度阈值在1.54～2.10 J/cm2之间, 且在一定范围内激光能量密度越大, 刻蚀深度越深, 等离子体越稳定, 刻蚀质量越好; 激光刻蚀速度过慢或过快都会造成等离子体不稳定, 对刻蚀质量产生不良影响, 即并非光斑重叠度越大刻蚀效果越好。研究结果为激光诱导等离子体精密刻蚀Pyrex7740玻璃及其他光学透明材料刻蚀工艺优化和参数选取提供参考。

利用纳秒激光器对7075铝合金进行激光冲击钻孔实验研究, 采用控制变量法, 分别研究了不同激光脉冲数、激光峰值功率以及不同离焦量条件下对进出孔直径以及孔锥度的影响规律。结果表明, 在一定参数范围内, 不同激光脉冲数对进出孔直径具有一定影响, 激光峰值功率在一定程度上增加会减小孔的锥度, 但当峰值功率增加至45.22 kW时, 大量的熔融物和飞溅物对孔的形貌影响很大; 当激光焦点位于工件表面时, 可获得最小入口直径86 μm, 最小锥度为0.38°。研究结果为铝合金激光微孔加工工艺优化和参数选取提供参考。

采用控制变量法对5052铝合金板材进行了激光打孔实验研究, 得到了扩束比、辅助气体气压和脉冲能量等参数对激光打孔成形质量的影响规律, 并推荐了扩束比、辅助气体气压和脉冲能量等参数的合理选择范围。研究表明, 扩束比和辅助气体气压对下孔径影响较大; 脉冲能量增加, 上下孔径及锥度变大。通过合理选择扩束比, 适当选择较低的辅助气体气压、较低的脉冲能量, 可以得到孔径较小且锥度较小的微孔。

为了在理想的光频范围内扩展硅太阳能电池的低反射特性，设计了一种由球型微纳米颗粒周期排列构成的光学微结构。利用球型微纳米颗粒结构表面良好的抗反射特性，扩展硅基太阳能电池的超低反射特性。首先采用Mie散射理论研究了单个球型硅颗粒的散射特性；进而使用MEEP仿真软件通过控制变量法分析了多个颗粒构成的周期性二维光学微结构的光反射特性，分析了球型微纳米颗粒的周期数、半径、间距对反射率的影响。结果表明：合理选择球形颗粒的半径、间距以及周期数构成合适的周期性二维光学微结构，可以在理想的光频范围内获得超低反射特性。

对激光加工石英玻璃精密划线工艺进行了实验研究, 探讨了不同工艺参数对加工效果的影响。使用1.06 μm红外皮秒激光器作为光源, 对厚度为0.4 mm的JGS1-1远紫外石英光学玻璃薄片进行激光划线切割, 在加工速度700 mm/s时, 获得样品正面崩边11.08 μm, 背面崩边7.610 μm, 侧面粗糙度为4 μm 的加工效果。结合实际加工要求, 利用控制变量法分析了光源、占空比、点间距及聚焦光斑等工艺参数对加工效果的影响, 得到一组最佳工艺参数。

以5052 铝合金板材为实验材料，采用控制变量法进行了单脉冲激光打孔实验，研究并得到了脉冲宽度、脉冲重复频率和离焦量等参数对激光打孔成形规律的影响，推荐了脉冲宽度、脉冲重复频率和离焦量等参数的合理选择范围，为5052 铝合金脉冲激光微孔制造的工艺优化及参数选取提供了参考数据。研究表明脉冲宽度对孔径的影响比较大，脉冲重复频率对上下孔径的尺寸有影响(频率增大，上孔径变大，下孔径减小)，通过合理降低脉冲重复频率、减小离焦量、增加脉冲宽度可以得到孔径小且锥度小的微孔。

针对相机标定结果易受外界因素干扰的问题, 为了提高标定准确度, 利用已有的摄像机针孔成像模型, 采用自适应角点检测算法提取靶标图像中的特征点, 标定结果以重投影横纵像素误差的平均值作为性能指标, 对均匀光源的照度、标定图片数量以及标定靶标上棋盘格尺寸3个影响因子做了相应的分组对比实验。研究结果表明, 选择亮度高的光源提升标定准确度达到38%以上;特征点数目156个时, 仅需18张～22张标定图片;相对较小的棋盘格尺寸可以使得标定准确度提高50%。以上结果充分说明了光源、图片数量和棋盘格尺寸对于提高相机标定准确度具有重要意义。