为了研究强激光烧蚀单晶硅的超快动力学过程, 采用超快时间分辨光学诊断技术, 对比研究了纳秒和飞秒脉冲激光烧蚀单晶硅样品表面的动态过程, 获得了冲击波、等离子体和物质喷发的产生与演化过程的时间分辨图像。对于纳秒激光, 当延迟时间为200ns~300ns时, 观察到物质喷发现象出现, 此时喷发物为气液混合物, 当延迟时间为1060ns时, 喷发物为小液滴;对于飞秒激光, 当延迟时间为1ns~2ns时, 观察到物质喷发现象出现, 喷发物为等离子体。结果表明, 在样品表面, 纳秒激光与飞秒激光烧蚀单晶硅的动态过程有显著的不同, 特别是物质喷发时间、喷发物的状态与尺寸;纳秒和飞秒激光辐照单晶硅表面引起的物质喷发都是不连续的, 在激光烧蚀单晶硅引起表面物质喷发的过程中, 不同的作用时间由不同的烧蚀机制主导。该结果对深入研究激光与单晶硅相互作用机制及激光刻蚀单晶硅等应用有一定帮助。

建立激光辐照下熔石英体内球形杂质引起元件损伤的模型。基于Mie 理论计算杂质的散射系数，研究杂质颗粒附近的调制光场分布，分析光强增强因子（LIEF）与杂质折射率及半径的关系。结果显示，杂质颗粒半径小于40 nm 时，所有类型杂质对光场的调制作用可以忽略；颗粒半径大于40 nm 时，对于折射率小于熔石英的非耗散杂质，LIEF 随颗粒半径的增大和折射率的减小而增大，且后向散射远强于前向散射；对于折射率大于熔石英的非耗散杂质，随着折射率和半径的增大，LIEF 整体趋势增大，局部达到102量级。对于耗散杂质，前向散射强度随颗粒半径的增大先增大后减小，当颗粒半径大于170 nm 时，后向散射强于前向散射。

采用超快时间分辨的光学诊断技术,研究了NdYAG脉冲激光分别烧蚀熔石英样品后表面和体内的动态过程,获得了冲击波和等离子体演化过程的时间分辨图像。结果表明，在样品后表面,激光与材料作用产生了多个在体内传输的冲击波,冲击波传播到样品前表面时会发生反射;在样品体内,激光与材料作用产生了等离子通道,在激光焦点处和自聚焦处产生了较强的微爆点。实验还发现,冲击波在界面的反射波和反射剪切波强度与冲击波入射角有关,不同冲击波的传播速度不同。

基于球面波在弹性介质界面上的反射和折射特性的基本理论，采用超快时间分辨的光学诊断技术，研究了532 nm纳秒激光辐照熔石英元件表面产生的冲击波在空气和样品界面的传播特性，获得了冲击波在材料内部传输以及在空气与样品界面反射的时间分辨图像。结果表明: 激光脉冲与材料作用在前后表面产生了向体内传输的冲击波，且产生的冲击波在玻璃与空气界面处反射为两个波，即反射波和反射剪切波；反射波和反射剪切波的强度与入射冲击波的入射角有关。

采用超快时间分辨阴影成像技术研究了纳秒激光诱导损伤熔石英玻璃前后表面和体内的动力学过程，对比分析了前后表面和体内的损伤差异及损伤机制。在前表面，观察了空气和材料中的等离子体和冲击波的产生与发展过程；亚纳秒激光辐照下，前表面材料内观察到三个应力波，并观察到材料体内的损伤过程。在后表面，除观察到冲击波的产生与发展过程，还观察到表面物质的烧蚀去除与喷发过程。在材料内部，损伤由自聚焦和点缺陷吸收两种机制主导，而且点缺陷吸收诱导材料体内损伤有时间先后顺序。