为制备高质量的铝合金薄壁件，延长海洋工程装备的使用寿命，探讨激光锻造复合电弧增材制造技术对薄壁件微观结构、孔隙率和力学性能的影响。结果显示，激光锻造能有效促进晶粒细化，减少气孔数量，缩小气孔尺寸，显著提高沉积层的致密度和整体制造质量。通过显微硬度和拉伸性能测试，发现相比于未引入激光锻造工艺的薄壁件，引入10 Hz单光束激光锻造工艺的薄壁件的显微硬度提升21.07%，横向抗拉强度和纵向拉伸强度分别提升4.62%和13.63%，断后延伸率也有显著提升。因此，激光锻造能显著改善5083铝合金薄壁件的微观结构和力学性能，为海洋工程装备的高效修复与性能优化提供了一种有效的技术途径。

为获得相互独立的多通道混沌信号，提出基于Talbot效应的一维垂直腔面发射激光器（Talbot-VCSEL）阵列结构，通过拓展的光反馈速率方程，数值研究不同反馈系数、光耦合比例和填充因子下Talbot-VCSEL阵列的混沌相关性。结果表明，耦合通道数量和光耦合比例与填充因子有关，一维Talbot-VCSEL阵列可在反馈系数小于10 ns^-1的弱光反馈区间中，在填充因子为0.7~1.0的条件下实现25单元激光器输出混沌信号，各通道保持低相关，信号旁瓣水平小于0.5。

基于单模光纤-渐变折射率多模光纤-单模光纤结构的可饱和吸收体，结合多模光纤中偏振相关的基模引起的额外群时延，改变腔内的群速度色散量，提出一种脉冲类型可调谐的锁模光纤激光器。激光腔内光纤总色散量为-0.096 ps²，得到的传统孤子脉冲中心波长为1572.1 nm，光谱3 dB带宽为4.6 nm，脉冲半峰全宽为0.902 ps。当泵浦功率分别为334 mW和230 mW时，改变偏振控制器的偏振状态，获得了展宽脉冲和自相似脉冲输出；增加泵浦功率到255 mW和278 mW时，调整腔内偏振状态，分别得到洛伦兹脉冲以及三角形脉冲。实验结果表明，该激光器是一种锁模脉冲类型可调谐的多功能超快激光光源，为光纤通信光源设计以及超快动力学研究提供了一种潜在的解决方案。

激光热膨胀致声是介质接收激光热能进而产生振动声波的技术。该技术具有致声激光能量密度阈值低、光声信号可操控性强的特点，应用潜力极大。现有激光热膨胀致声在理论上均采用三维无界波动方程进行描述，当致声激光的光斑尺寸扩大导致水-空气界面的影响无法忽略时，需要在现有的基础上开展光声信号时域波形生成机理的深化研究。将实际测量得到的线型声源光声信号作为三维无界声信号的时域波形，并以此为基础开展面型声源情况下水-空气界面对时域波形生成的影响研究，通过仿真以及对水平宽度为40 cm、波长为1064 nm的激光面型声源在水中产生的光声信号时域波形的实际测量，明确了面型声源的时域波形是由声源上下两个膨胀表面的振动叠加生成的机理。同时，该时域波形中明显存在的两个尖峰的时间间隔与声源厚度数值一致，再次确认了激光热膨胀面型声源致声信号时域波形生成机理的合理性和有效性。

提出一种基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）无弛豫振荡偏振模的宽带混沌产生方法。实验结果表明，在自由运行的VCSEL中，发现X+Y模式和X模式存在明显的弛豫振荡，而Y模式不存在弛豫振荡。研究了该激光器在外部光反馈扰动下进入混沌状态的动力学路径，分析了偏置电流与反馈强度对混沌带宽的影响。通过优化参数，成功获得了80%频谱能量带宽为13.49 GHz、频谱平坦度为±3 dB的Y模式混沌。此外，研究了偏置电流与反馈强度对时延特征的影响，发现Y模式的时延特征始终弱于X+Y模式和X模式。该研究为混沌保密光通信应用提供了一种结构简单的宽带混沌信号源。

为了提升高压压铸铝合金在汽车结构件上使用比重，扩大高压压铸铝合金在汽车领域的应用范围。本文研究了冷金属过渡焊接（CMT）和激光焊接工艺下免热处理高压压铸Al-Si合金焊缝气孔分布、显微组织特征差异对焊接接头力学性能的影响。结果表明，在光束摆动作用下，激光焊缝气孔率低至1.5%，较CMT焊缝降低了80%。此外，较快的冷却速度使得激光焊缝二次枝晶臂间距降低至2.8 μm，约是CMT焊缝的29.2%。气孔率和二次枝晶臂间距的大幅降低，使得焊缝的强塑性得到协同提升。相比于CMT焊缝，因焊缝气孔率和二次枝晶臂间距降低，激光焊缝抗拉强度和断后伸长率分别提高16.4%和110%，实现了高压压铸Al-Si合金焊接接头的强塑性协同提升。

利用耦合非线性薛定谔方程对连续拉曼光纤激光器的湍流现象进行建模，对层流态和湍流态的差异性进行表征，分析泵浦功率、腔长以及光纤布拉格光栅反射镜的带宽对于腔内激光运转状态的影响。仿真结果表明，较大的泵浦功率和较短的腔长都会让腔内非线性效应占据主导地位，降低激光演化的相干性，使得腔内的激光从层流态转变到湍流态。只有一个很窄的光纤布拉格光栅反射带宽区间能让激光系统工作在层流态，因为维持层流态稳定演化对激光模式有严格的要求。本次仿真结果可为更好地开展激光湍流的实验提供理论指导，对于更好地设计连续光纤激光器以及更好地理解非线性物理系统的湍流现象具有重要意义。

为解决带有孔洞结构的壁板单曲率成形协调性差的问题，采用数值模拟与实验验证相结合的方法，研究激光喷丸工艺对孔洞结构成形协调性的影响。首先分析不同扫描策略下激光诱导应力波在孔洞结构附近的动态应力演变和残余应力分布。接着探讨带孔板成形能力大小和孔洞结构不同部位间成形曲率的一致性。结果表明，应力波接触圆孔后，衰减速度逐渐减缓，波形沿两侧半弧滑移传播，并绕过半弧，在半弧的中心位置沿厚度方向形成贯穿整个厚度的交替拉/压应力波。在条带式策略下，多次小能量激光喷丸增强了间断孔区域的应力幅值和成形能力，并对带孔板的成形协调性具有增益效果。在环绕式策略下，内外围连续扫描减小了孔洞结构不连续带来的负面影响，连续的应力传播和均匀的应力分布提高了带孔板的成形能力和协调性。与条带式策略处理的样品相比，相同能量下环绕式策略处理样品的成形量提升了74.16%，子区域曲率半径偏差率降低至3.99%。

研究结构紧凑的高功率大芯径晶体波导锁模激光器。设计Herriott型多通腔的结构，进行带有多通腔的高功率晶体波导锁模激光器实验，获得平均功率为33 W、脉冲持续时间为3.32 ps、重复频率为61.3 MHz、中心波长为1031.3 nm的连续锁模脉冲。该实验简化晶体波导锁模激光器的结构，并缩小体积，增强系统稳定性。

在水介质中操纵由气泡或非极性溶剂构成的液滴在材料科学和工业生产中非常重要，使用纳秒激光在铝片表面上制备一种具有双圆轨结构的微器件作为储气器，当气泡注入到小圆中后会向小圆边界扩散，直到与边界接触产生拉普拉斯压力。这种压力成为主要驱动力驱动气泡沿轨道方向运输到另一端圆点位置，直到两圆的气泡体积相匹配，达到稳定的状态。此外，探究双圆轨相关参数对气泡运输效率的影响，通过改变双圆轨的轨道宽度和长度、圆的直径，可实现气泡的固定和单向运输。利用双圆轨微器件的特点，设计复杂的气泡运输轨道，其在微流体操控方面如药物运输、气体催化、气泡收集等展现出较大的应用潜能。