随着激光技术的不断发展, 对应用于大功率、高能量激光系统, 以及激光防护系统中的光学薄膜器件提出了高损伤阈值的要求。但目前在激光损伤阈值的测量上, 还存在测量标准不统一、重复性不好、准确性差、相互结果难以比对等问题, 其主要原因在于不同的材料及膜系适用于不同的损伤识别方法。对目前国内外在损伤识别方法方面的研究进行了总结, 阐述了图像法、散射法、等离子闪光法, 等离子体光谱法等多种不同的损伤识别方法, 介绍了各种方法识别损伤的原理、特点, 以及损伤识别的效果, 期望对激光损伤阈值测试方面的研究具有参考和借鉴。

传统的等离子体闪光法, 是根据探测器是否接收到来自薄膜样片周围发射的闪光信号, 对薄膜是否发生损伤进行评判, 这样的评判方法极易把空气与薄膜的等离子体闪光混淆而发生误判。 为了消除这种误判, 提出通过比较空气和薄膜各自的等离子体闪光的点燃时间, 利用两者时间上的差异, 实现对传统等离子体闪光法误判现象的消除方法。 为了验证新方法的可靠性, 借助于多光子吸收和级联电离理论, 建立了空气等离体子体点燃时间的计算模型, 根据薄膜与激光的相互作用原理建立了薄膜被击穿时的等离子体点燃时间计算模型, 利用建立的模型仿真计算了空气和薄膜的等离子体闪光点燃时间分别为1.856和7.843 ns; 搭建实验装置以实现对传统等离子体闪光法的更新, 在装置中的不同位置设置三个光电探测器分别采集入射激光信号、 空气和薄膜等离子体闪光信号, 采集入射激光信号的光电探测器置于聚焦透镜的侧面, 另外两个探测器位于薄膜样片周围且左右对称放置, 分别用于采集薄膜的等离子体闪光信号和空气的等离子体闪光信号, 所有光电探测器采集的信号转换为电信号后同步传输至示波器, 以入射激光信号为基准信号, 其与空气和薄膜等离子体闪光信号的起始时刻之差, 分别为空气和薄膜等离子体闪光点燃时间。 脉宽为10 ns、 波长为1 064 nm的Nd∶YAG脉冲激光以0.015 cm的聚焦光斑半径、 82.4 mJ的入射能量作用于光学厚度为λ/4、 直径为20 mm的单层Al2O3薄膜样片上后, 采集上述激光作用条件下的各路信号, 经处理后得到的空气和薄膜的等离子体闪光点燃时间测试值分别为2.7和7.8 ns; 理论计算和实验测试结果表明, 空气的点燃时间总是小于薄膜的点燃时间, 二者有很好的一致性。 说明当强激光作用于单层Al2O3薄膜表面时, 空气等离子体闪光先于薄膜等离子体闪光发生。 基于空气和薄膜等离子体闪光点燃时间上的这种差异, 利用闪光信号时间上的差别就可准确分辨出薄膜是否发生损伤, 从而获得识别薄膜损伤与否的判据, 这种从时间差异上识别薄膜等离子体闪光损伤的新方法, 无论从理论上还是实验上均为传统等离子体闪光法误判现象的消除提供了技术基础。

在高功率激光的诱导下,光学薄膜元件吸收激光能量从而使能量聚积继而产生热能,导致薄膜内的温度急剧升高。局部温度上升使得薄膜内部产生热应力。热和力的相互转化、相互作用最终导致薄膜层的熔化、破裂等破坏。从热力学理论出发,建立了单层薄膜内部温度场模型,利用积分变换法求解并获得了温度场数值分布,用Matlab对温度场的分布进行了仿真,得到薄膜任意时刻在厚度方向及半径方向的温度分布。结果表明,所获得的数值解准确反映了激光诱导光学薄膜所造成的温度效应,为薄膜设计与制备以及激光薄膜损伤识别研究提供了理论基础和依据。

将波长为1064 nm的纳秒Nd∶YAG脉冲激光聚焦在单层Al膜上，诱导其产生等离子体闪光，模拟计算了等离子体闪光的点燃时间(tm)，分别得到了tm与激光波长、入射激光能量、聚焦光斑半径、脉宽等激光作用参数的关系曲线，研究分析了薄膜材料、薄膜表面杂质和缺陷对tm大小的影响。结果表明，激光聚焦光斑和脉宽越大，tm就越大；激光波长和入射激光能量越大，tm越小；薄膜材料电离能越小,tm越小；薄膜表面存在杂质和缺陷时，tm变小。这些结果对关于激光维持燃烧波和爆轰波的产生机制的研究提供了一定的参考。

低损耗薄膜背散仪是测量高反射膜片背向散射光的一种非接触式测量仪器。由于背向散射光很弱,在仪器设计过程中,光传输时的能量损耗必须尽量少,而根据低损耗薄膜背散仪的设计要求,必须要实现s、p偏振光的测量。提出了两种实现s、p分量转换的方法,对两种方法能量损耗的大小进行比较,得出了能量损耗为零的s、p分量转换方法,以及转换部件的结构。

激光高反射膜片的背散光大小直接影响激光陀螺的精度, 低损耗薄膜背散仪是在全积分散射测试理论及立体角积分散射测量原理的基础上提出的一种测量高反射膜片背散光的新方法。在低损耗薄膜背散仪的设计中, 吸光器的吸光装置结构及吸光材料的选择直接影响着测量精度。计算表明, 在用波长λ=632.8nm、激光功率P=10mW的氦氖激光照射至与光源相距1.4m的吸光器后, 积分球式吸光器比平面结构吸光器的吸光效果高约4个数量级, 回到积分球的杂光照度少了约5个数量级。通过实验测量, 经表面烟熏处理的钢块相对反射率仅为0.008, 是吸光器理想的内壁涂层材料。使用该涂层材料的积分球式吸光器, 它对背散射光造成的干扰仅为4.981×10-9W/m2,可有效地提高背散射仪的测量精度。