为研究激光加工参数对镍基合金镀层表面微结构形貌的影响，采用电沉积法在45钢表面制备了Ni-Co-Si₃N₄复合镀层，使用波长为1070 nm的光纤激光器对镀层表面进行加工。采用单因素法研究激光单脉冲能量密度、脉冲宽度和脉冲数量3个参数对微结构形貌的影响，得到微结构内径、外径、中心点高度、边缘高度和最低点高度等表征参数的演化规律。研究结果表明：激光与Ni-Co-Si₃N₄复合镀层相互作用，形成了球冠状凸包、W状凹坑、火山口凹坑、两个同轴火山口叠加状凹坑4种典型形貌；激光单脉冲能量密度增大，使得镀层表面微结构形貌由球冠状凸包向两个同轴火山口叠加状凹坑转变，脉冲宽度增加使得镀层表面微结构形貌由火山口凹坑向球冠状凸包转变，脉冲数量的增加可以增大火山口凹坑的深度与边缘凸起高度。

为了研究表面微结构成型质量的影响因素, 设计并制备了3种深宽比的微正四棱柱结构, 并对聚合物材料、微结构深宽比、脱模工艺参数、镍模芯表面抗黏处理等影响因素进行注射成型脱模实验研究。首先, 采用PP, COC, PMMA等材料研究了获得目标深宽比微结构的难易程度。以PP材料为例分析了在3种深宽比下的脱模成型质量, 分别从保压压力、脱模温度两方面讨论对脱模变形的影响。最后, 分析比较镍模芯经过抗黏处理前后成型的微结构形貌尺寸。PP能够顺利获得近似目标深宽比的微结构, COC脱模后微结构发生折断变形, 高度平均只有17.0 μm左右, PMMA成型后微结构也发生断裂且黏附在模芯微孔中。脱模变形随着深宽比的增加而趋于严重, 且当深宽比较大时, 微结构易发生倾斜变形。提高保压压力, 微结构平均高度从约25.0 μm增加到约87.0 μm, 但当保压压力过高时微结构出现翘曲变形; 随着脱模温度的升高, 保留完整的微棱柱比例分别为55%, 60%, 30%, 10%。镍模芯经过抗黏处理后所成型微结构的尺寸更加接近目标值。COC由于本身断裂伸长率较小而具有较大的脆性, 而PMMA本身的表面能较大则具有较强的黏附性。深宽比增加使得脱模时微结构顶部黏附力与后期摩擦力均会增加。合理增加保压压力、降低脱模温度与镍模芯经过抗黏处理均能有效提高脱模成型质量, 但过高的保压压力会造成微结构内应力增加, 产生翘曲。

氧化锆(ZrO2)陶瓷因其性能优异，常被应用于医学与工业等领域。通过表面微纳加工可进一步发挥其性能优势，扩大应用范围。实验采用绿光飞秒激光 对具有不同显微结构的ZrO2陶瓷基体进行微孔加工，结合显微结构差异对材料物理性能的影响，系统研究了激光加工功率与加工时间等工艺参数对微孔形貌、 直径及深度等不同维度下形貌学特征的作用效果。结果表明，同一加工参数下，晶粒更小、显微结构更均匀、热导率更低的ZrO2具有更高的加工效率；通过对 比微孔直径与深度随激光加工工艺参数的变化，发现材料显微结构的差异对微孔轴向的影响比径向更加显著。

采用紫外皮秒激光在As₂Se₃玻璃表面以线扫描形式快速制备大面积周期性点阵式增透微结构，获得了红外透光性能提高的硫系玻璃样品。研究确定了As₂Se₃玻璃的激光刻蚀阈值，并研究设计了合适线扫描工艺方法。所制样品相对于原样在波长11.0 μm~12.4 μm范围内，透过率平均提高10.0 %；波长13.0 μm~14.2 μm范围内，透过率平均提高5.2 %。激光扫描制备方法没有破坏样品表面原有的浸润性，整个制备过程均在空气开放环境下进行，成本低，工艺可控性强，效率高，制备8 mm×8 mm的表面微结构，仅用时3.65 s，且表面微结构单元尺寸及间距可按材料应用需求调控。分析表明，当激光能量较低时，对该硫系玻璃的去除以“冷加工”为主，不会有明显的热效应，得到微结构的硫系玻璃表面元素组成未发生改变；激光能量较高时，会存在一定的热效应，使得刻蚀点出现熔融态，在微坑边缘出现凸起或翻边。

为开发出高性能生物医用干式电极，提出了利用激光微铣-重铸加工方法，实现了表面具有微结构阵列特征的新型金属干式电极的制造成形。在分析电极表面微观形貌的基础上，研究了电极表面的润湿性能，并重点研究了扫描间距、扫描速度和扫描次数等加工参数对大肠杆菌粘附性能的影响规律。研究结果表明：在一定工艺参数条件下所加工出具有微结构阵列特征的电极的接触角可达150°以上，表现出超疏水的特性。在不同扫描间隙和扫描次数条件下加工出的电极对大肠杆菌的粘附性能具有较大影响，在选择0.1 mm扫描间隙时，电极表面粘附的大肠杆菌数量最少，适当增加扫描次数，也能够有效地减少电极表面大肠杆菌的粘结，从而发挥较好的抗菌效果。通过改变扫描速度加工出的电极则对大肠杆菌的粘附性能影响不大。

为了制备出表面具有准规则排列的微米量级锥形尖峰结构的黑硅材料,在SF6气体氛围中,用一定能量密度的飞秒脉冲激光照射单晶硅片表面。针对激光通量和激光峰值功率这两个参量分别进行实验,具体分析了15 fs和130 fs脉冲宽度的飞秒激光脉冲作用下硅表面微结构的形成,不同实验条件下制备出的硅微纳结构也有明显的差异。研究表明,在同一背景气体下,激光的峰值功率对硅表面微结构的形成起着决定性的作用。

针对传统的液晶显示器应用于一些驾驶舱时存在的特殊观看视角问题, 设计了一种新型的光学膜, 以使液晶显示器的最大亮度可根据观看者的位置实现特定角度的偏转。首先, 基于现有背光的配光曲线, 提出光学膜表面微结构为直角三角形; 考虑由于直角边的全反射, 半光强视角范围较窄且存在截止角, 对微结构进行了棱高和角度的优化设计, 使半光强处视角范围得到提高。为消除截止角并进一步增大半亮度视角范围, 对微结构再次进行优化设计, 提出了双峰折线形非对称的光学膜表面微结构。仿真结果表明: 水平视角不变时, 偏转膜垂直方向最大亮度在20°处, 透过率为87.3%, 半亮度视角为(-12.5°, 45°)。根据设计结果加工了实际样品并进行了实验测试, 测试结果表明: 与传统的背光视角相比, 偏转膜垂直方向最大亮度由原来的0°偏转到18.9°, 半亮度视角由(-24.1°, 23.5°)变为(-9.2°, 45.3°), 透过率为82.0%, 满足了特定视角的观看要求。

针对普通扩散管应用于双端投射发光二极管(LED)日光灯中存在出光效率低等缺陷，研究了一种内表面为三角形微结构、外表面为凹面微透镜结构的扩散管。介绍了双端投射LED 日光灯扩散管原理，给出了扩散管内表面三角形微结构底角计算公式。采用Tracepro 软件仿真分析了扩散管微结构参数对透光率的影响。结果表明：内表面微结构三角形底角确定后，三角形底边宽度D 不会对透光率产生影响；外表面微透镜直径d 对透光率影响较大(当d =D/2 时透光率最低)，而其形状决定扩散角度大小(横截面为样条曲线的凹面微透镜的扩散角大于正圆曲线和椭圆曲线)，但透射率相当。优化后的扩散管透光率约为0.92，其轴向光束角约为180°，径向光束角为360°。采用改进的双三角形内表面微结构可使日光灯管轴向光照度均匀性优于90%。

基于皮秒激光的“冷加工”特点，进行了用皮秒激光辐照结合快速化学腐蚀(NaOH 溶液：质量分数为4%，不大于3 min，80 ℃水浴)调控工艺制备高效减反射晶硅表面微结构的研究，在400~1000 nm 波长的宽光谱范围内，获得了微-纳双结构微孔阵列和圆顶锥形周期性阵列两种减反射表面，前者的平均反射率低于5%，后者的平均反射率低于10%。制备过程中工艺可控性强，无需掩膜和真空环境。研究了激光工艺参数和化学腐蚀参数的不同调控匹配在微结构单元形成中的作用机制，分析了所制备表面微结构的减反射机理，为太阳能电池和其他半导体器件中硅基减反射表面微结构的低成本激光可控制造提供了重要的指导。