由于在研究生入学考试时李兆明的各科考试成绩优秀，当录取他时就把他定为出国留学预备人员。研究生毕业后，他经过短期的英语培训，于1982年被教育部派往美国加州大学伯克利分校物理系攻读博士学位。在他离校时，对他在校期间研究的激光冷却粒子不能再继续下去感到惋惜，安知到美国后，当年激光科学中最热门的两个前沿课题受到致命的打击。这两个课题之一就是李兆明在校期间研究的激光分离同位素，另一个课题就是所谓分子剪裁。因为当时伯克利分校的李远哲等激光化学家利用统计热力学原理，论证了激光选择性击断特定化学键的不可能性，从而在理论上否定了激光作分子剪裁的假设，因而也波及激光分离同位素。几年后，李远哲等人获得诺贝尔化学奖，这两个课题以后就无人问津了。所以李兆明来到伯克利分校后，不可能继续他在国内研究的课题，转而研究激光器件，这课题与研制新型激光器相关。这个研究领域中，不仅涉及精密仪器的设计与制作，其中激光工作物质的研究还涉及化学问题，他的学习和研究必须加倍努力才行。

李兆明这时觉得应该感谢在凉山筹建氮肥厂的经历。因为那时他学习了不少化学知识，让他如今在研究激光材料时，不至于对那些化学问题弄得晕头转向。至于那些激光材料的光谱，则是物理与化学的交叉领域，他很熟悉。但是他觉得何慧比他更精通，因为何慧的研究领域是仪器分析，对光谱的研究比他更深入。他觉得回国后，可以和何慧合作研究新型激光器，尤其是在国防上关注的激光武器。然而在美国，激光武器的研究是绝密的，决不让他这个中国人染指。

想到这里，李兆明更加思念祖国，想念何慧。他出国后，一切家务问题都落在何慧一个人身上，太幸苦了！在出国前，他把女儿和母亲从老家接到益州大学，让母亲帮助何慧照看两个孩子和料理家务，不知母亲与何慧相处如何？两个孩子听话吗？特别是他们的女儿，一直在老家农村，现在回到家里，与她哥哥相处得好吗？四年的学习和研究是很苦的，但更苦的思念亲人，思念家乡之苦。

李兆明毕竟已是快四十岁的中年人了，不像二十来岁的年轻人那样能很快融入美国社会中。他的导师很看重他，希望他以后留在美国工作，不要回国了。导师还建议他把妻子、儿女弄到美国来，解决他的后顾之忧。李兆明对导师的劝告不是没有动心过，也曾写信征求何慧的意见，问何慧可否来美国陪读，并把两个孩子一起带来，让孩子在美国读书。然而何慧拒绝了，她回信说：“祖国派你出去学习，学成后就应该回来报效祖国。要不然，我们还算中国人吗？想想我们在凉山时候的梦想，现在梦想实现了，就应该好好为理想而奋斗。我们都是中年人了，怎能在异国他乡寄人篱下？！我和儿女们都盼望着你能尽快回来！”他很赞赏何慧那些话，因为何慧说出了心里话。在这里，研究激光武器把他排斥在外，因为他是外国人，他必须回到国内，才能被当作自家人看待，从事他感兴趣的研究。所以他决定一旦拿到博士学位，立即回国。

1986年8月，李兆明获得加州大学伯克利分校的博士学位后回到益州大学。他是益州大学派出去的第一批留学人员，也是第一个学成归国的博士生，受到学校各级领导重视。按照相关政策，他的职称定为副教授，并分给他家一套70平米的副教授房，还为他申请到一笔可观的自然科学基金，让他继续开展在国外的研究课题，成为益州大学师生们十分眼红的首批“海归”。

李兆明的归来，最激动的还是他的家人。儿子以前特别依恋他，分别四年让儿子感受到从来没有的孤苦，一看到李兆明就抱住他哭起来；女儿却在一边注视着她崇拜的父亲，她出生后与父亲相处时间很少，看到他哥哥那样有点不可理解，冒出一句：“没出息！”

对于这个家庭而言，最实惠的是李兆明带回的进口家电指标，从此家里的电视机从灰色变成彩色，还购置了洗衣机、音响、录像机、冰箱、空调等令人羡慕的家用电器，那是呆在国内靠工资过活的教职工不可想象的。

儿子的归来让李兆明的母亲高兴，但老人家却提出要尽快回老家。她说她想她那些在乡下的儿女们。于是李兆明背着一个进口彩色电视机，陪母亲回老家去。回到老家难免又是一场骚动，首先那台进口彩色电视机就让人羡慕不已。村里的人都说：李兆明出人头地了！李兆明挣大钱了！