利用毫秒激光损伤测试平台, 通过改变焦距和聚焦位置, 研究了K9玻璃前后表面附近的损伤概率和损伤形貌。结果表明, 焦平面位于前表面时以热熔损伤为主, 焦平面位于后表面时则以应力损伤为主, 且尺寸明显大于前表面。建立二维热力学模型并对温度场和热应力场进行计算, 结果显示, 径向应力和环向应力是导致材料产生应力损伤的主要因素。激光辐照过程中在前表面产生的燃烧波能够增强激光能量耦合效率, 是材料前表面产生熔融损伤的原因之一。此外, 实验发现,焦距较短时, 损伤概率随焦平面与样品表面距离的增大迅速下降, 焦距较长时, 易在样品前后表面同时产生损伤, 这与透镜的焦深有关。

考察了利用皮秒激光烧蚀切割K9玻璃过程中后表面的烧蚀损伤现象, 比较了前、后表面的烧蚀特性, 分析了激光能量密度、扫描次数和扫描速度等因素对后表面损伤的影响。根据后表面烧蚀形貌和质量, 优化了激光单行单次扫描时的激光能量密度和扫描速度等参数。讨论了后表面烧蚀损伤的机理, 提出了抑制后表面损伤的方法。实验结果表明, 激光聚焦在前表面进行烧蚀切割时, 后表面会出现严重的烧蚀损伤, 且后表面烧蚀形貌和规律与前表面的显著不同。

针对我国惯性约束聚变装置(ICF)对高性能传输反射镜元件的性能要求, 探索了大口径传输反射镜制备涉及的关键技术与工艺。深入开展了K9玻璃坯片研制、光学冷加工、传输反射镜镀膜和激光预处理等方面的研究工作。提出了400 mm口径K9反射类坯片精密退火工艺, 形成了高精度平面加工技术路线;制备了低缺陷薄膜, 并且建立了大口径光学元件预处理装置。最后, 综述了大口径高性能传输反射镜研制方面的主要成果。研制的400 mm口径传输反射镜在1 053 nm处以45°入射时, 其表面粗糙度优于99.8%, 面形PV值小于λ/3 (λ=1 053 nm), 损伤阈值大于30 J/cm2(5 ns)。基于提出的技术研制的大口径传输反射镜已成功应用于我国神光系列高功率激光装置, 有力支撑了我国大型激光装置的稳定运行。

对KrF准分子激光辐照K9玻璃进行了损伤实验, 并与脉冲CO2激光损伤K9玻璃进行了对比分析, 研究了紫外和远红外两种激光系统对同种光学材料的损伤特性。实验结果结果表明, KrF准分子激光和脉冲CO2激光对K9玻璃的损伤形貌基本相同, 损伤主要是热力耦合损伤机制, 但是两者在损伤阈值和损伤时间等方面仍有很大差别。与脉冲CO2激光相比, K9玻璃的KrF准分子激光损伤阈值更低, 并且损伤持续时间更短。通过两类激光在波长和光子能量上的巨大差异可以很好地解释这一现象。该研究结果对准分子激光在空间工程应用上有着非常重要的参考价值。

基于传热学理论,利用有限元法对KrF准分子激光辐照K9玻璃样品中的热力效应进行了数值分析,并比较了脉冲数目和重频对损伤效果的影响。研究表明,较低的准分子激光能量就能够使K9玻璃在表面和体内产生热应力损伤,热应力损伤在光斑区域内主要由压缩热应力控制,在光斑边缘和材料内部则主要由拉伸热应力控制。在激光脉冲结束时刻,产生的温度和热应力最大,且热应力以热冲击波的形式在材料内传播,随时间变化而来回振荡,逐渐减弱。这种热应力的反复冲击会对材料产生持续的损伤增长效应,增加了材料的损伤时间,并使材料更容易断裂。脉冲数目和重复频率对损伤效果有着较大影响,在高重复频率下,损伤累积效应明显。

采用离子束溅射的方式，在K9玻璃基片表面引入金纳米杂质缺陷，通过原子力显微镜(AFM)测得金纳米尺寸直径在50~100 nm之间。采用不同能量密度的激光对样品进行点阵式的单脉冲辐照(1-on-1)并且对损伤阈值及典型损伤形貌进行了实验及理论分析。损伤阈值采用零几率处的损伤密度。结果表明：引入金纳米杂质缺陷后其抗激光损伤阈值由裸基片的26.6 J/cm²下降为15.5 J/cm2。通过微分干涉显微镜，随着激光能量的增加，损伤呈爆炸坑形貌，主要呈现纵向加剧损伤。金纳米杂质缺陷在K9玻璃基片上形成了强吸收中心(引入金纳米杂质K9玻璃基片的弱吸收(47.33 ppm，1 ppm=10^-6)是裸K9玻璃基片(3.57 ppm)的13倍)造成局部高温，这是造成损伤的诱因。通过计算，金纳米杂质对K9玻璃基片的作用包括两部分：当激光辐照在K9玻璃基片上，首先是热应力引起玻璃的破裂；随后杂质汽化产生的蒸汽压加剧材料的破坏，引起局部炸裂。

为了测量K9玻璃的折射率，采用三次谐波法,通过调节位移平台使两束平行飞秒激光脉冲在时空上重合，进而产生强烈的三次谐波信号，并进行了理论分析和实验验证，对放入样品前后的实验数据进行处理，得到了样品K9柱面镜的折射率及其测量精度，还对两片折射率未知的衰减片进行了测量，得到了它们的折射率。结果表明，测得的样品折射率与实际折射率符合得很好，证实了该方法测量物体线性折射率的可行性;与传统测量方法相比，该方法具有操作简便、样品容易加工的优点，对样品折射率范围没有限制，具有很重要的实用价值。

根据已建立的理论模型,计算得到了K9玻璃受脉冲CO2激光辐照时产生的热应力分布,研究了热应力的时间特征,在分析样品尺寸对损伤结果影响的基础上,提出了K9玻璃抗激光损伤的最佳半径。结果表明：K9玻璃产生的热应力损伤主要由环向应力控制,热应力以热冲击波的形式在样品内传播,大小随时间变化而来回振荡,且激光脉冲结束后比激光作用时间内产生的热应力要大。这说明若样品在激光加热期间产生的热应力不足以造成材料破坏,则有可能会在其后的冷却过程中产生更大的热应力,材料将会在冷却过程中发生破裂。根据样品参数对损伤结果的影响,进一步验证了K9玻璃抗激光损伤最佳半径的通用性。

用电子束蒸发技术在K9玻璃及YAG晶体上沉积了HfO2/SiO2多层膜，采用纳米划痕仪对薄膜的力学性能进行了研究。实验结果表明：沉积在YAG和K9的多层膜弹性模量分别为34.8 GPa和38.5 GPa, 基底对薄膜的弹性模量影响较小；YAG和K9上薄膜的粘附失效临界附着力分别为5 mN和7 mN，薄膜与YAG基底的结合状态较K9基底的差，并且呈现不同破坏模式。从薄膜之间及膜基界面处的界面结合状态和弹性模量两方面分析解释了YAG基底和K9基底上薄膜的不同力学行为。

提出了一种基于楔形平板等厚干涉原理测量光学玻璃非线性折射率变化的方法。在理论分析的基础上,建立了变形的等厚干涉条纹变化Δe/e与待测玻璃平片(K9玻璃)折射率变化量Δnb之间的数学模型;在选取一定的实验条件下,获得等厚干涉实验测量干涉图样,并利用MATLAB对实验所得的干涉图进行图像数据处理分析计算,恢复出非线性变化光学玻璃材料的折射率变化量Δnb,该方法的测量精度可达10-6。