以脉宽为毫秒量级的单脉冲激光逆重力方向对金属的打孔实验为模拟对象，利用ANSYS软件并基于生死单元方法进行了数值仿真。根据靶材受热表面的气化压力反作用于熔融层的力学效应，建立了熔融液体克服表面张力运动的喷溅模型；分别用有限元法和有限差分法对二维轴对称的热传导方程和流体的一维欧拉运动方程进行耦合求解，得到了不同时刻模型的温度场和流场；应用生死单元法使发生喷溅的熔融液体单元在计算中失效，并得到了孔洞内壁和洞口表面的形状，其形貌与文献报道的实验结果相符合。数值结果显示出洞底附近的孔洞内壁具有不规则凹凸，而洞口则呈喇叭状，这是打孔过程中熔融液体在洞底附近的熔融层较薄处发生流动中断和位于洞口两侧的液体间张力作用所致。

随着激光器光束质量的改善和输出功率的提高，激光深熔焊接技术在激光加工和焊接领域的份额逐渐增加。对近期国内外激光深熔焊接领域的主要成果进行了概括和总结，讨论了激光深熔焊接的特点和局限性，同时也对激光深熔焊接技术在大功率激光器的开发、激光深熔焊接过程的稳定性、等离子体控制、外加辅助电磁场、激光电弧复合焊接技术等方面的主要研究特点进行了分析和讨论。结合科技发展趋势和激光焊接技术的特点，对激光深熔焊接技术的研究重点进行了讨论和展望。

利用波前像差的泽尼克(Zernike)模式分解, 分析了光学系统的静态像差和动态像差与系统的光束质量β因子间的关系。建立了静态和动态Zernike像差系数与β间的计算表达式, 并用数值计算方法得到了前65阶静态和动态Zernike像差与β间的近似公式拟合系数。在此基础上建立了符合科尔莫哥诺夫(Kolmogorov)大气湍流引起的动态Zernike像差与β间的对应关系。数值计算结果验证了该分析结论和得到的近似计算公式的正确性。

材料的力学性能直接影响到构件的安全性和寿命，而材料的弹性常数是其力学性能的重要指标。利用有限元软件Abaqus模拟了激光激发的超声表面波和纵波在金属薄板试样表面及体内的传播过程。采用修正的高斯分布的力源等效激光对样品的脉冲作用来产生超声波，在边界处设置无限单元消除反射回波的干扰信号，并由接收点的超声表面波和纵波信号计算得到波速大小，再根据波速和弹性常数之间的关系得到材料的弹性常数。数值结果与理论解吻合良好，为激光超声检测材料弹性常数提供了一种十分有效的数值方法。

由稳态条件下描述光纤中受激拉曼散射(SRS)效应的光功率耦合方程出发,采用解析方法对多阶级联拉曼光纤激光器(CRFLs)进行了理论分析。根据拉曼光纤激光器级联阶数的奇偶性分别推导出了多阶级联拉曼光纤激光器的输出功率、光-光转换效率最大时的拉曼光纤长度和输出耦合器反射率。通过忽略反射回谐振腔输入端的剩余抽运光功率,计算了5阶级联拉曼光纤激光器的输出特性和光-光转换效率随光纤长度和输出耦合器反射率的变化。利用已有的5阶级联掺锗拉曼光纤激光器输出特性实验数据与理论分析结果进行了对比。

脉冲激光沉积技术是制备先进光学薄膜与纳米光学器件的重要手段和前沿领域，是国际研究的热点。介绍了脉冲激光沉积技术原理与特点、制备功能薄膜的研究现状和发展动向，着重阐述了双激光沉积制备功能薄膜的研究现状与未来发展；同时基于更高的需求，针对脉冲激光沉积技术的特点，设计构建了结合动能粒子磁过滤技术的激光沉积系统，提出了融合原子层沉积技术的发展思想，为提高激光沉积功能薄膜性能提供了硬件支撑和技术指导。

基于微机电系统(MEMS)微加工技术和Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT)电光材料设计的一维二进制码相位调制器(1D-BPM)可用于激光显示技术中的散斑消除。建立了1D-BPM数学模型，推导出电极在PMN-PT片内产生的电场和PMN-PT折射率变化导致通过的光束相位变化的关系。采用有限元分析方法仿真了电极几何尺寸对相位的影响,发现当电极尺寸在亚微米级时，两电极间相位分布不仅依赖于电极产生的电场大小，而且受到电极几何尺寸的影响。电极角效应是器件设计及优化时需考虑的重要因素。

针对捷联式惯导系统单位置对准可观测性的问题, 以捷联式惯导10状态变量误差方程为研究对象, 利用奇异值分解的方法, 对固定位置对准的系统各状态变量的可观测性进行分析。可观测性分析结果表明：系统的各状态变量非完全可观, 方位失准角的可观测度较低。为了改善对准系统的可观测性, 根据可观测度分析结果及工程应用特性进行模型降阶, 得到7阶卡尔曼滤波参数模型并进行了实验验证。实验结果表明：降阶后的模型对滤波参数的容忍度更大, 且降阶后模型的精度要高于降阶前的精度。

利用COMSOL仿真软件建立了铜片双温模型, 通过控制变量, 数值研究了光斑半径和激光能量对电子与晶格温度的影响, 并预测了烧蚀形貌。结果表明, 单脉冲激光光斑半径越大, 铜片的烧蚀深度越小, 烧蚀面积越大; 激光能量越高, 铜片的烧蚀深度越大, 烧蚀面积越大。实验结果进一步证实了仿真的可靠性。

分析了现有金属激光立体成形(MLSF)切片算法,提出了一种基于STL模型动态拓扑重构的快速切片算法。根据STL模型中三角面片的几何信息和切片厚度,通过建立分组矩阵,减小了三角面片遍历的次数; 通过构建三角面片之间的局部动态拓扑关系,减小了切片平面与三角面片的求交计算次数; 并根据切片过程中大部分三角面片的毗邻关系不发生改变这一事实,提出了动态拓扑重构的算法,减小了切片过程中三角面片毗邻关系的查找次数,从而提高了切片算法的整体效率。在该算法的基础上,使用Visual C++和OpenGL开发了金属激光立体成形软件系统。