通过分析高功率激光装置内主要污染物成分及来源，研究其对大口径光学表面抗损伤能力的影响规律，得到装置光学表面洁净控制要求。利用扫描电镜对高功率激光装置内部的主要颗粒污染物进行取样分析；采用自然沉降的方法在光学元件表面制备污染物，并利用Nd∶YAG(SAGA-S)激光器研究其损伤阈值和损伤规律。研究结果表明，高功率激光装置内颗粒污染物的主要成分为金属、有机物和矿物质，占据比例分别为20%、40%和40%。激光辐照污染后的光学表面存在激光清洗和激光诱导损伤两种效应，当激光器能量密度超过10.9 J/cm2时，光学表面存在清洗作用。当激光能量密度超过14.6 J/cm2时，光学表面污染物引起损伤，且损伤随着污染物尺寸呈线性下降趋势。

研究高功率激光装置光传输管道内部洁净度变化规律, 分析其对内部重要光学元件光学性能的影响规律, 提出污染控制措施。对光传输管道内部的气溶胶进行采样, 并利用空气品质分析仪及扫描电镜对其进行分析, 得到光传输管道内部洁净度变化规律和污染源; 采用内部放置透射膜元件的方法, 研究洁净度等级水平对透射膜的微观结构和透射率的影响, 并利用“1-on-1”的测试方式进行透射膜元件的损伤阈值测试。研究结果表明: 光传输管道内部的洁净度在激光辐照后迅速上升至万级水平, 透射膜元件在此环境下其透过率严重下降, 下降幅度为2.5%, 且表面微观形貌发生变化。光学透射薄膜表面损伤阈值随表面污染水平呈现线性下降规律, 最大下降幅度约为10%。污染监测和成分分析结果表明管道内部灰尘及杂散光或者鬼光束辐照金属产生的等离子体是管道内污染的主要源头, 在此基础上提出了正压密封保持的技术手段确保内部光学表面洁净度水平, 延长使用寿命。

为获得激光装置密闭空间内部气溶胶分布变化情况，提出了一种基于微纳光纤传感的密闭空间气溶胶检测方法。首先通过理论计算微纳光纤表面吸附气溶胶后传输能量的变化情况，得到能量损耗与气溶胶折射率、尺度之间的关系。利用火焰熔融扫描拉锥法拉制微纳光纤，并放置在激光装置中实验验证。实验结果表明：利用直径为1.5 μm的微纳光纤可以有效检测密闭空间内直径为1 μm和2 μm尺度的颗粒污染物，并可以通过微纳光纤的附加损耗评估颗粒污染物的数量及尺寸，得到附加损耗与空间环境洁净度之间的关系，且理论与实验结果符合较好。

从分子运动的角度，通过对不同分子沉降过程的量化计算，发现不同污染物沉降速率的差异，由此提出了一种包含污染物化学成分的有效洁净度的概念。有效洁净度从描述物质沉降过程的输运方程出发，通过计算不同理化性质的污染物分子沉降速率对不同污染物进行区分，并将该信息与原标准下的洁净度信息结合。使用美国国家标准与技术学会(NIST)数据库提供的数据代入有效洁净度理论，计算了几种主要污染物的有效洁净度数值，计算结果与法国LIL激光装置中有代表性的污染物的沉降速率及曝光后形成污染的程度进行了对比，与实验观测基本吻合。

针对大口径高通量实验平台面朝上反射镜表面发生的颗粒污染物沉积和损伤现象，提出了一种基于在线监测系统的在线洁净控制方法。通过搭建风刀系统实现了反射镜表面颗粒污染物在线有效洁净处理，利用风帘实现了反射镜表面颗粒污染物在线有效洁净维持，采用图像处理系统快速地实现了在线洁净处理效果的准确评估。实验结果表明，采用风刀吹扫能够减少元件表面颗粒污染物，使用风帘可以有效阻滞颗粒污染物沉降，可应用于反射镜在线洁净维持。

在文物保护领域中，石质文物表面的污染物影响文物美观，更威胁文物保存，因而急需开展文物清洗技术研究以解决这一问题。激光清洗技术与其他清洗方法（化学清洗和微粒子喷射等）相比，具有无损、去污能力强、精确和环保等特点。利用激光清洗技术清除石质文物表面污染物。实验研究了砂岩在激光辐照下的损伤，并结合理论计算，得到砂岩在脉冲激光（波长为1064 nm）辐照下，10次脉冲的激光诱导损伤阈值为73.5 mJ，理论与实验值基本吻合。在激光清除砂岩表面墨迹污染物实验中，得到了激光清洗所需的最佳方式和参数。在此基础上，到四川绵阳碧水寺进行现场实验，结果表明激光能安全有效去除烟熏污染物。

针对高功率固体激光驱动器的安全运行, 提出了覆盖驱动器建设全过程的污染控制方法, 详细介绍了洁净清洗、洁净检测、洁净保护等保障污染控制效果的技术手段, 并介绍了神光-Ⅲ主机装置片状放大器洁净度提升所采取的技术途径, 以及片状放大器光照清洗实验中气溶胶等级随闪光灯照射次数的变化情况。实验结果表明, 神光-Ⅲ主机装置的洁净水平与美国国家点火装置(NIF)接近且优于其他同类装置, 洁净度的大幅提升为装置的安全运行提供了有力保障。

针对高功率激光装置内部最易产生受激布里渊散射(SBS)效应的大口径取样光栅(BSG)元件, 测试了经过化学刻蚀、紫外激光清洗作用处理后, 大口径光学元件BSG侧面在355 nm激光辐照下的损伤阈值、损伤形态以及产生的石英颗粒气溶胶对环境污染程度的分析。结果表明: 经过化学刻蚀, BSG侧面的损伤阈值提高78%, 基本与通光面的损伤阈值相当, 而经过紫外激光处理后的损伤阈值提升不高, 仅为通光面损伤阈值的56%。侧面对比分析了相同激光能量辐照下样片侧面产生的气溶胶污染状况, 结果表明紫外激光处理同样可以提高光学元件侧面产生污染物的阈值, 且对光学元件性能没有影响。通过微观形貌和对通光口径影响分析表明, 紫外激光清洗处理比化学刻蚀具有更好的安全性和适用性。

激光清洗技术与其他清洗方法（化学清洗、超声波清洗等）相比，具有保证清洗对象无损、清洗效果好、精细和无污染等优点，正在被广泛地研究和应用。根据去除原理的不同，激光清洗技术被分类为干式激光清洗、湿式激光清洗和激光等离子体冲击波等方法。在文物保护领域中，石质文物表面的污染物影响文物美观，更严重威胁着文物的保存。在高功率固体激光装置中，光学元件表面的污染物严重影响了激光系统的正常运行。利用激光清洗技术清除砂岩表面的墨迹污染物以及镀金K9玻璃表面颗粒和油脂污染物，利用显微镜、暗场成像法、紫外可见近红外分光光度计、X射线光电子能谱仪等方式检测清洗效果，结果表明清洗效果良好。

针对神光-Ⅲ主机激光装置片状放大器的洁净控制采取了一系列有效措施。除了设计上更有利于洁净控制外, 机械结构件表面残留不挥发性有机污染物也达到了低于1 mg/m2的水平。为了进一步提高放大器洁净度, 进行了光照清洗。实验结果表明:神光-Ⅲ主机装置的洁净水平与美国国家点火装置接近, 光照清洗时内部气溶胶等级维持在5 000~10 000之间, 且绝大部分表面有机残留物在最初几发光照清洗中已被释放, 从而得到一个干净的放大器腔体, 减少了放大器运行时光学元件受污染和损伤的几率。