激光微细加工技术可以对蓝宝石,碳化硅,陶瓷和玻璃等光学元件和半导体衬底的脆性材料,碳钢以及容易产生塑性流动的低硬度复合材料进行微细加工,加工精度一般在几微米到数十微米,微细加工过程主要是以激光热源作用于材料,材料主要在烧蚀机制作用下发生微去除过程以达到理想的加工表面质量。激光微去除过程涉及光物理和光化学效应和加工机理复杂,在激光微去除的工艺实验中,发现以钢铁表面锈层,以及碳化硅等硬脆材料为代表的材料在激光微细去除过程中包含着丰富的声光信号。为了探究和辅助分析激光微细加工过程的机理,优化激光微去除材料的工艺参数,使用可以实现实时捕捉材料局部变化的无损检测的声发射(acoustic emission,简称AE)技术进行声信号的研究,为优化加工质量提供定性的信号参考依据。本文首先对声发射波产生的物理机制进行分析,总结了声发射源的传输理论和声波衰减特性,对声发射信号常用的特征参数进行分类讨论,对比研究了目前声发射信号处理技术的各自优势。针对碳钢和碳化硅基片的材料特性和声发射波的衰减特性,选择合适的软硬件搭建了声发射监测系统;其次研究了不同脉冲能量下激光除锈过程的动态去除特性和声发射信号特性的联合信号特征,探究了影响激光除锈质量的激光工艺参数对应的声发射频域信号特征;最后进行了超快激光改性碳化硅过程的声发射检测实验,分析了改性碳化硅过程的去除量,选择性改性的表面结构、表面微缺陷相应的声发射信号特征关系。具体研究方法和结论如下:(1)首先介绍声发射技术的基本理论,总结了常用的声发射信号特征参数和现代信号处理方法。根据Q235钢和碳化硅的材料属性以及采用的激光器性能指标,确定了选用能表征激光加工材料过程的信号幅度,能量计数,均方根值及其联合参数,快速傅里叶变换,短时傅里叶变换的信号分析方法。(2)利用声发射检测技术和高速摄影结合使用检测激光与Q235钢锈蚀层的相互作用过程,借助微观检测仪器分析了不同能量密度下锈蚀层的相变过程,研究纳秒脉冲激光除锈Q235钢的去除机理,实验结果表明烧蚀和热作用是纳秒脉冲激光除锈的主要机制,锈蚀层的去除机理有激光能量密度所决定。基于快速傅立叶变换(FFT)的频域变换,得到与激光分别作用在钢基材和锈层密切相关的滤波均方根(RMS)信号,主要为15～35k Hz、65～85k Hz和140～160k Hz这三种频带信号,并且得到了与钢基材表面热损伤有关的,可观察到的声发射信号特征。建立了RMS信号与特定激光除锈参数之间的直接联系,实现了对两种典型激光完全除锈过程的检测。(3)利用参数分析法、联合参数法、短时傅里叶变换(STFT)法对飞秒激光辐照碳化硅过程进行分析,建立材料去除量、表面结构特征和表面缺陷与声发射信号之间的关系。研究结果表明,随着激光能量密度增加,碳化硅表面去除量增大,声发射信号表现为能量计数散点越多,RMS突变信号成分和声信号峰值频率的高频成分(200k Hz)增加;对碳化硅改性形成的不同表面结构的声发射信号进行分类表征,具有相似的改性表面结构引起信号散点重叠,证明AE信号的聚类特征跟改性表面结构有着密切联系;STFT上频率分量的变化与改性过程产生的表面缺陷密切相关,激光能量密度越大,碳化硅的烧蚀作用越强,谱图出现浅色的区域更明显,优化后的颜色分布即峰值频率较均匀。