在不同占空比的重复频率脉冲激光辐照下，数值模拟了金属材料前、后表面的温升特性和烧蚀深度变化规律，考察了材料厚度和物性的影响。模拟结果表明，材料前表面温升曲线呈齿状；激光占空比越小或者材料越薄，材料后表面温度越高，烧蚀越深；与连续激光相比，重复频率脉冲激光更有利于金属材料的加热及烧蚀。

以平面应变理论为基础,从弹性动力学平衡方程出发,推导得到频域动力学平衡方程。忽略材料的粘性特征,分别在时域和频域中建立激光激发兰姆(Lamb)波的有限元数值模型。比较分析两种模型的求解过程,在此基础上,在频域中研究激光作用在粘弹性薄板上激发Lamb波的特征。结果表明,激光激发的Lamb波主要包含低频的弱色散的对称模和色散的反对称模;有限元频域模型能有效地处理粘弹性材料中Lamb波的传播问题;材料的粘性特征会引起Lamb波的振幅衰减,且不同模式波的衰减(因子)不同。

选择周期阵列微纳结构金属银膜作为研究对象, 用有限元方法对其透射特性进行了数值模拟。研究了孔径大小、金属膜厚度、阵列周期以及入射光的偏振状态对微纳结构透射谱线的影响。结果表明, 透射谱线只对阵列周期的变化敏感。

为了研究柱面上激光激发的瑞利(Rayleigh)波的色散特性,建立了激光在各向同性圆柱表面激发瑞利波的有限元模型。该模型以热弹激发机制为基础,同时考虑了材料热物理参数的温度依赖性。在验证了模型正确性的基础上,计算了激光在不同直径铝圆柱表面激发的瑞利波波形,结合相谱分析法得到了柱面瑞利波的色散曲线。同时分析了圆柱直径对柱面瑞利波色散特性的影响。结果表明：随着频率的增加,柱面瑞利波的相速度先迅速增加到最大值CRmax后逐渐减小并趋于平面瑞利波的波速CPR。此外,随圆柱直径的增加,柱面瑞利波的色散减弱；直到圆柱直径趋于无限大(即平面)时,色散现象消失。

为了更好地选择临床激光医疗曝光参量,采用有限元数值计算方法,模拟了脉冲激光与连续激光对人皮肤组织的光热作用及导致的温度变化效应,比较了两者的不同,得到了热响应时间及热弛豫时间与组织深度的关系,即组织越深(0～60 μm),其热响应时间(0～4 ms)与热弛豫时间(0.4～12.1 ms)越长; 分析了激光脉宽长短对组织升温的影响; 建立了评价脉冲间热损失的评价函数δ,并以此对脉冲间隔的选取作了探讨。

在基于光声光谱技术的痕量气体检测系统中,光声池是决定系统性能的关键部件。针对传统柱形光声池受限于形状优化参数的问题,本文提出并设计了一种母线为双曲线的曲体束腰型光声池方案,该方案创新性地引入了母线离心率参数,实现了三维立体优化。本文基于有限元分析方法,利用COMSOL软件构建模型,分析母线离心率为7.14的光声池结构,得到了该结构在热黏性损耗作用下的前八阶声学模态值以及可视化振型。仿真结果表明,所设计的光声池的品质因数高达83.3;对光声池进行形状优化,发现光声池谐振腔长度对谐振频率敏感,母线短半轴长对声压幅值敏感。通过调节母线离心率可以有效地调节谐振频率且不影响声压幅值。光声池的幅频响应特性表明,较小的离心率易激发多谐振峰,在离心率为5时,激发的第一、第二谐振峰较强,它们的品质因数分别为75.9和128.9。本研究表明,此类曲体束腰型光声池具有优良的性能及较高的可设计度,对新型光声检测技术具备多场景适应能力,具有重要的理论和工程应用价值。

采用有限元方法对新型微孔光纤和熊猫与微孔组合的熊猫型微孔光纤双折射给出计算和特性分析。并着重介绍微孔光纤应力双折射和几何双折射的理论与实验研究的最新成果。