高功率激光系统的熔石英真空隔窗作为分隔大气环境和真空环境的重要窗口，其因两侧气压差而承受一个大气压的压力。为了研究外界应力对熔石英真空隔窗的激光损伤性能的影响，通过1-on-1方法测试了不同压强(10～50 MPa)下熔石英351 nm激光损伤产生阈值和初始损伤点尺寸，通过R-on-1的方法测试了有、无外界应力时的损伤增长阈值。研究发现，0～50 MPa的张应力不影响熔石英损伤产生阈值和初始损伤点尺寸，有、无应力下损伤产生阈值的差值不及最小值的4.1%，初始损伤尺寸的平均值的差值不及最小值的5.5%；0～50 MPa的张应力也不影响损伤增长阈值，有、无应力下损伤增长阈值的平均值的差值不及最小值的1%。研究结果为解决高功率激光装置中真空隔窗的激光损伤问题提供了重要的实验支撑。

利用1 064 nm和355 nm两种波长的纳秒激光研究了K9光学元件体内成丝损伤的特点及损伤增长规律。结果表明, 当以高于元件体损伤阈值的能量辐照样品体内时, 必然会在体内形成丝状损伤。两种激光辐照都会在元件体内首先形成等离子通道, 在后续激光的辐照下, 靠近入射激光处的损伤点吸收更多能量发展为更大的成核损伤点, 逐渐向前表面增长, 并伴随大量裂纹的纵向扩展。所不同的是, 355 nm激光诱导元件体内成丝损伤时存在多条丝状通道; 而1 064 nm激光即使在远大于初始损伤阈值的激光能量辐照下, 也没有观察到非常明显的丝状损伤。同时实验也发现, 两种波长诱导的丝状损伤的损伤增长面积随激光辐照发次的增加呈现指数趋势增长, 355 nm导致的损伤增长速度大于1 064 nm对应的速度。

针对激光诱导K9玻璃元件体损伤问题,利用在线成像技术获得激光诱导体损伤时的侧面和正面图像,并分析体损伤中成丝损伤的特点及成丝损伤中成核损伤和裂纹对损伤增长的影响。结果表明,当激光辐照能量大于体损伤阈值时,体损伤会以成丝损伤、成核损伤及损伤增长的形式出现,但只有最靠近入射激光方向的成核损伤点会在后续激光辐照下出现持续增长现象。成核损伤在损伤增长过程中的裂纹更多向纵向和逆激光传播方向扩展。同时,在相同能量的激光辐照下,损伤面积的增长强烈依赖于成丝损伤点的长度,且从侧面方向观察到的损伤点的损伤增长系数大于从正面方向观察到的。研究结果为对K9玻璃元件体损伤及其在后续激光辐照下的损伤增长规律研究提供了参考性。

对比研究了基频、二倍频和三倍频激光单独和同时辐照下熔石英光学元件的初始损伤和损伤增长规律，重点研究了基频和二倍频的加入对三倍频诱导初始损伤和损伤增长的影响，分析了基频和二倍频相对于三倍频的折算因子。研究结果表明：当基频和二倍频能量密度较低时，它们对三倍频损伤几率曲线的影响可以忽略，但会引起损伤程度的增加；在多波长同时辐照的损伤增长中，损伤增长阈值主要取决于三倍频的能量密度，而损伤增长系数与总的能量密度有关；折算因子可以同时反映初始损伤和损伤增长的波长效应和波长间的能量耦合效应。

在高能激光系统中, 反射膜的损伤生长特性和初始损伤一样重要。对薄膜损伤生长特性的研究将有助于探究反射膜损伤机制, 从而进一步有效地提高其抗激光损伤能力。使用电子束蒸发(EB)和离子束辅助(IAD)两种工艺制备了1 064 nm波长下的HfO2/SiO2反射膜, 利用四种尺寸的单分散的SiO2小球形成人工节瘤, 来研究薄膜镀制工艺和节瘤尺寸对节瘤损伤生长特性的影响。激光损伤测试结果表明: 节瘤损伤生长阈值基本随节瘤尺寸的增加而减小。EB工艺制备的反射膜中, 四种尺寸节瘤的损伤生长阈值都高于其初始损伤阈值, 而IAD工艺制备的反射膜中结果则相反。另外, IAD工艺要比EB工艺制备的反射膜中的节瘤在发生初始损伤后更易于损伤生长, 说明薄膜镀制工艺对节瘤的损伤生长速度有一定的影响。

An effective damage test method based on a marker-based watershed algorithm with gray control (MWGC) is proposed to study the properties of damage induced by near-field laser irradiation for large-aperture laser facilities. Damage tests were performed on fused silica samples and information on the size of damage sites was obtained by this new algorithm, which can effectively suppress the issue of over-segmentation of images resulting from non-uniform illumination in darkfield imaging. Experimental analysis and results show that the lateral damage growth on the exit surface is exponential, and the number of damage sites decreases sharply with damage site size in the damage site distribution statistics. The average damage growth coefficients fitted according to the experimental results for Corning-7980 and Heraeus-Suprasil 312 samples at 351 nm are 1:10+(-)0:31 and 0:60+(-)0:09, respectively.

An effective damage test method based on a marker-based watershed algorithm with gray control (MWGC) is proposed to study the properties of damage induced by near-field laser irradiation for large-aperture laser facilities. Damage tests were performed on fused silica samples and information on the size of damage sites was obtained by this new algorithm, which can effectively suppress the issue of over-segmentation of images resulting from non-uniform illumination in darkfield imaging. Experimental analysis and results show that the lateral damage growth on the exit surface is exponential, and the number of damage sites decreases sharply with damage site size in the damage site distribution statistics. The average damage growth coefficients fitted according to the experimental results for Corning-7980 and Heraeus-Suprasil 312 samples at 351 nm are 1:10+(-)0:31 and 0:60+(-)0:09, respectively.

采用ANSYS进行形变-应力模拟。对不同应力状态下的熔石英表面进行三倍频激光损伤测试，结果发现，预加压应力为0~50 MPa时损伤阈值有明显提高的趋势，用应力耦合作用对此给出了解释：0~50 MPa的预加压应力可以降低和抵消激光辐照产生的张应力破坏，大于50 MPa预应力的耦合作用会使得该处机械性能下降，另外，损伤增长在预应力存在时更容易发生。因此，0~50 MPa预加压应力时的表面预应力可以提高熔石英的抗激光辐照能力。