为了改善水导激光制备单晶镍合金微孔的表面形貌，降低微孔锥度，采用控制变量法研究了在单步螺旋打孔方法下，激光单脉冲能量、扫描速度、进给次数和扫描圈数对微孔表面形貌及锥度的影响规律。提出了多步螺旋打孔方法，并在优选加工参数组合下与单步螺旋打孔方法进行了比较。结果表明，增加单脉冲能量和降低扫描速度可以改善微孔表面形貌，减小微孔锥度。随着进给次数的增多，微孔表面形貌逐渐变好，微孔锥度先减小后饱和。随着扫描圈数的增多，微孔表面形貌逐渐变差，微孔锥度先增大后减小。采用多步螺旋打孔方法加工的微孔锥度仅为0.29°，比单步螺旋打孔方法降低了70%，且尺寸偏差和圆度都控制在20 μm以内。

采用五轴激光扫描技术研究了FR4覆铜板的深盲孔制造技术。通过实验研究了激光参数和扫描图形的填充间距对盲孔侧壁锥度和底部材料去除均匀性的影响，通过调节激光扫描策略，实现了盲孔锥度和孔径的连续调节。盲孔深度为925 μm，最大深径比可达4.9∶1，孔侧壁平直，孔底玻璃纤维复合材料被完全去除，铜层的损伤深度小于1 μm。实验结果表明，五轴激光扫描技术可以有效提升激光的盲孔制造能力。

为实现孔径和锥度可调的微孔加工，设计研制了一种基于双振镜组联动与Z轴上下移动的五轴四联动激光旋切系统。建立了微孔激光旋切物理模型，首先利用边缘轮廓确定微孔形状，再通过分层回型填充方法确定每个激光作用点的位置；然后基于聚焦光束不被遮挡和振镜偏转整体运动量少的原则，确定四个振镜的偏转角度；通过改变边缘轮廓端点数据，可分别实现方孔尺寸和锥度的灵活可控。采用15 W紫外皮秒激光器、两套相同的振镜和焦距为32 mm的远心透镜，配合三维平移工作台，搭建了激光旋切硬件系统，自主开发了多边形激光旋切控制软件。实验采用分层降焦打孔的方式，在厚度为250 μm的氮化硅材料上实现了55 μm×55 μm规格的正锥、零锥、负锥方形微孔的加工，并且还实现了不同孔径（30~80 μm）零锥方形微孔和三角形、五边形、六边形等其他形状微孔的加工。

铝合金由于其优良的物理化学性能，在工业生产中得到了广泛应用，但铝合金的高反射率和高热导率限制了激光加工技术在铝合金精密加工中的应用。采用控制变量法研究了铝合金单步法旋切打孔技术中的激光重复频率、扫描次数、扫描速度、进给次数对微孔出入口形貌和锥度的影响规律。针对铝合金单步法旋切打孔中存在的锥度大和出入口形貌差等问题，提出了三步法旋切打孔方法。结果表明，该方法可以有效地减小微孔的锥度，改善出入口形貌，减少孔口周围的飞溅物堆积。主要原因是该方法可以有效地促进打孔过程中熔渣和等离子体的排出，减少其对激光能量的扰动，提高了激光能量的稳定性和均匀性。

为了改善激光钻孔的几何形貌，提高其刻蚀深度和减小微孔锥度，以304不锈钢为试验材料，采用旋转磁场辅助激光钻孔的加工工艺，研究了在不同转速旋转磁场下，微孔刻蚀深度、表面喷溅、孔壁几何形貌和内壁氧含量的变化，探索了在有/无旋转磁场作用下，单脉冲能量对微孔锥度的影响。试验结果表明，随着旋转磁场转速的提升，微孔刻蚀深度增加，表面喷溅更加显著，氧含量降低，但过快的转速会使孔壁几何形貌变差。此外，旋转磁场的引入可以有效减小微孔锥度，且单脉冲能量越大，微孔锥度降低得越明显。

孔径和锥度的控制是超快激光微孔加工面临的难点之一,旋光钻孔是控制孔径和锥度的有效手段。因此,针对道威棱镜旋光钻孔系统,首先,从几何光学的角度研究了聚焦后激光出射角度和光斑旋转直径与可平移反射镜位置、楔形棱镜旋转角之间的关系。然后,利用CCD相机分别测量实际光斑在焦平面、焦平面上下±250 μm处的旋转直径,并在厚度为0.5 mm的黄铜板上进行钻孔实验,得到深径比为6∶1、锥度为-2.6°~2.3°的微孔。对比实验得到的微孔出入口直径与CCD相机的测量结果,得到孔径、锥度与光束旋转角之间的关系。结果表明,孔径主要由楔形棱镜旋转角决定,调整可平移反射镜的位置可得到不同锥度的微孔;激光能量的变化会影响材料的去除,因此,焦点位置、激光平均功率以及光斑重叠率也会在小范围内影响孔径和锥度。

与传统的激光钻孔不同,透明材料的bottom-up钻孔是将激光穿过材料,聚焦于材料的下表面,由底部一层一层地将材料向上去除。基于不同脉宽的激光,探讨了玻璃材料bottom-up钻孔的机理。结果表明:除了超短脉冲激光外,纳秒激光亦可以实现bottom-up钻孔,而且更容易实现零锥度钻孔;bottom-up钻孔效率随脉宽减小而降低,2 ns~50 ps激光的切割效率比超快激光高,此结果不同于常用的top-down加工的结果,文中亦尝试对此现象进行了解释。

针对激光加工具有海量微孔的金属滤网时基板热变形严重,且所加工微孔锥度大、孔形一致性差等问题,提出了背面水辅助的激光微孔加工法。该方法利用水进入微孔的毛细现象,光在气液界面的反射、折射现象,激光辐照到水中产生的力效应、空泡效应,以及水的冷却作用,实现了提高微孔加工质量的目的。采用皮秒脉冲激光分别在无水和有水辅助情况下对不同厚度的304不锈钢板进行打孔试验,验证了背面水辅助激光加工法的可行性。试验结果表明:在相同的加工参数下,相对于无水激光直接加工法,采用背面水辅助法加工得到的微孔锥度降低了2°~6°,再铸层减少,热影响区减小,所加工滤网的变形量减小,微孔的一致性得到提高。最后采用正交试验优化的工艺参数,在60 μm厚板材上实现了出口孔径为55 μm的具有海量微孔的滤网的加工。

针对准分子激光加工PMMA薄板上的微孔形貌进行研究, 首先分析了激光脉冲数目对微孔深度的影响, 进一步探究了激光脉冲数、激光单脉冲能量和激光脉冲频率等参数对微孔锥度的影响。利用光学显微镜和扫描电镜对打孔效果进行观察, 结果表明, 在一定范围内, 微孔深度随激光脉冲数目线性增加, 而微孔锥度随激光脉冲数目线性降低, 微孔锥度随激光单脉冲能量线性降低, 且影响效果显著; 激光脉冲频率对微孔锥度无影响。通过合理选择激光脉冲个数, 适当选择较低的单脉冲能量, 可以得到较大深度和一定锥度且加工质量良好的锥形微孔。

从实验研究角度探讨了激光精微打孔过程中孔深度方向上的几何特征随激光工艺参数的变化规律。为更精确描述深度方向上孔型几何特征的变化, 采用不同深度位置上的孔直径、局部锥度作为激光成孔的几何量化指标并加以研究。实验工艺参数包括激光束的离焦量和脉冲个数。通过实验, 建立了孔型几何参数与激光工艺参数之间的量化关系。研究发现, 离焦量对孔型几何特征具有显著的影响, 上锥度随离焦量的增加呈近似线性递减的趋势, 最终趋于零锥度; 而下锥度随离焦量的增加呈先下降后上升的趋势, 在-0.5 mm～＋0.5 mm的离焦量范围内出现零锥度。脉冲个数对孔几何形状的影响在大离焦的情况下才比较明显, 并且一旦形成通孔, 脉冲个数将不会对孔形状产生任何影响。