射流抛光技术是一种新型精密加工方法，多喷嘴射流结构和长条形喷嘴结构的应用可以有效地提高射流抛光效率。冲击角度会影响冲击射流的流体动力特征，对抛光材料的去除量和抛光效果有重要的影响。构建了圆形单喷嘴、三角形阵列排布及直线型排布的三喷嘴、长条形喷嘴不同冲击角度的冲击射流模型，基于流体力学，通过FLUENT软件对不同喷嘴结构斜冲击射流的冲击过程进行数值模拟，得到了不同冲击过程的连续流场在工件壁面上的压力、速度分布。通过比较不同喷嘴结构不同冲击角度的数值计算结果，分析了冲击角度对不同喷嘴结构流场的影响。

为了研究激光增材制造(LAM)中不同工艺参数对残余应力的影响情况，针对TA15钛合金材料，在专用激光增材制造系统中制造出10个不同工艺参数的测试样件，样件截面均为24 mm×40 mm矩形。利用压痕应力测量方法分别对样件进行残余应力测量，研究了激光比能量、激光能量密度以及粉流密度等工艺参数对激光增材制造样件残余应力的影响情况，给出了曲线图。结果表明，激光增材制造样件中的残余应力明显小于材料屈服强度的拉应力，残余应力数值变化与激光比能量和激光能量密度成正相关，而与粉流密度成负相关。

利用激光诱导与化学镀铜的方法在聚酰亚胺薄膜上制备了太赫兹线栅偏振器和带阻滤波器，用太赫兹时域光谱系统对所制备的器件进行了测试。测试结果表明，该方法制备的太赫兹线栅偏振器在0.2～1.5 THz范围内的消光比优于20 dB，耶路撒冷十字结构带阻滤波器的3个中心频率分别为0.41、1.07、1.47 THz。实验结果与时域有限差分法的仿真结果基本相符。研究表明激光诱导与化学镀铜是一种简单灵活且能有效地制备太赫兹器件的方法。

超精密加工工件表面存在影响其性能的各种空间频率误差,针对工件的不同性能研究,需要采用有效分解手段对含有特定频段空间频率误差的形貌进行提取。传统的空间频率误差分解方法存在严重的模态混叠现象,为了解决这一问题,提出自适应二维变分模态分解(BVMD)算法对三维表面形貌进行分解。首先,由于采集三维形貌数据时会造成截断误差,引入镜像延拓和自卷积Hanning窗方法对数据进行预处理。然后,利用粒子群退火优化算法,对BVMD算法中的惩罚系数和分解层数进行寻优处理。其中,以各模态分量之间的频谱KL散度作为混叠指标,引入最小风险贝叶斯决策理论,综合KL散度与重构误差,构建优化算法适应度函数。最后,对超精密加工实测表面形貌进行分析,并与离散小波分解、二维经验模态分解方法相比较。结果显示,所提方法分解的KL散度值在10 2量级,远高于其他两种方法,能更好抑制模态混叠,实现超精密加工表面空间频率误差的有效分解。

单点金刚石车削技术被广泛应用于光学表面的超精密加工。然而，车削表面固有的周期性残留刀痕结构将增强表面散射效应，恶化元件光学性能。为了抑制散射以获得高质量光学表面，采用气囊抛光技术主动改变车削表面周期性刀痕结构。基于Taguchi正交试验，以表面粗糙度及功率谱密度的改善率为设计指标，分析获得了最优抛光参数。采用该最优参数对一精车表面进行了抛光试验，抛光后表面粗糙度Ra 由3.81 nm 降到1.42 nm，各空间频率功率谱密度大幅降低，同时表面的衍射条纹消失。试验结果验证了所采用的抛光及相应优化方法的有效性，具有重要的工程应用价值。

利用激光冲击波对X70管线钢焊接接头进行强化处理，进行了低温冲击韧性试验，分析了激光冲击处理后显微组织的有效晶粒度，用扫描电镜观察断口形貌，研究激光冲击处理对X70管线钢焊接接头冲击韧性的影响机制。结果表明，激光冲击处理后X70管线钢焊接接头获得了均匀细小的铁素体晶粒，具有优异的冲击韧性；原始状态冲击断口为脆化特征。激光冲击处理经激光冲击处理后试样断口呈现韧化特征，改善了X70管线钢焊接接头的低温冲击性能，有利于提高管线钢使用的安全性。

借助扫描电子显微镜，对2219铝合金电流作用下激光焊接接头进行原位拉伸试验，观察接头的裂纹形成、裂纹扩展过程及断裂模式，研究其微观断裂行为，揭示微观组织与力学性能之间的关系。研究结果表明，加载时裂纹主要在焊缝区共晶相与基体界面处和枝晶间的基体萌生；裂纹扩展以沿晶扩展和穿晶扩展两种方式进行，共晶相明显阻碍裂纹扩展；焊接接头在焊缝区以正断+剪断的混合模型发生断裂。电流作用使焊缝组织细化、共晶相均匀弥散分布、溶质固溶度增加，均对裂纹的萌生和扩展起抑制作用，揭示了电流作用调控铝合金激光焊缝组织使接头强度提高的机制。

为了预测微透镜阵列玻璃模压成型过程中微结构的加工工艺参数,利用高级非线性有限元软件MSC.Marc进行微透镜阵列的有限元建模;将不同微结构宽度的阵列光学元件进行分组,利用有限元模型分别计算每组硫系阵列光学元件的微结构高度对等效米塞斯应力的影响,得到微结构宽度相同、高度不同的硫系玻璃微透镜阵列结构对模压成型后等效米塞斯应力的影响,对微结构宽度相同、高度不同的阵列光学元件的最大等效米塞斯应力进行数据拟合处理,得出各组等效米塞斯应力的趋势,获得适合模压的硫系玻璃Ge23Se67Sb10阵列光学元件的微结构高度与宽度之比。仿真结果表明:微结构高度越小,等效米塞斯应力越小;硫系玻璃微透镜阵列的等效米塞斯应力由中心到边缘逐渐增大,边缘处的等效米塞斯应力最大;当微结构高度与宽度之比大于0.322时,模压产生的等效米塞斯应力大幅增加。

提出了一种基于双透镜系统的衍射光学元件(DOE)设计方法。在双透镜系统中,光束的传输和聚焦需要用两次菲涅耳衍射来表示,为了加快计算速度,将菲涅耳公式转化为包含快速傅里叶变换的形式来使传统的迭代算法满足不同的设计环境需求。用此设计方法,在理论上得到了超过90%的衍射效率,并对由此方法设计出的元件进行了加工制作和实验测试,测试结果显示,达到了预期的光束整形效果,对于更加复杂系统的DOE设计有一定的参考价值,对高功率激光系统可能存在潜在功用。

基于GaAs衬底采用全息光刻和湿法刻蚀技术制备周期孔阵图形。得出全息光刻双曝光最优曝光时间为60 s。采用H3PO4∶H202∶H2O=1∶1∶10 配比的刻蚀液，得出最佳刻蚀时间为30 s。扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)测试图片显示，孔阵周期为528 nm，刻蚀深度为124 nm，具有完美的表面形貌及良好均匀性和周期性。