激光诱导薄膜损伤阈值的准确测量是判别光学薄膜抗激光损伤能力的重要依据。采用单因素控制变量法, 建立了激光能量误差、聚焦光斑尺寸误差与损伤阈值误差的数值模型, 理论分析了能量误差、聚焦光斑尺寸误差对薄膜损伤阈值的影响, 通过搭建实验平台测量了辐照在薄膜表面的实际能量和聚焦光斑尺寸, 根据实验结果采用统计学原理评估了薄膜损伤阈值不确定度。研究结果表明: 随着能量误差、聚焦光斑尺寸误差的增大, 损伤阈值误差也增大。单层膜样品实例分析, 损伤阈值测量合成不确定度为0.87 J/cm2。因此, 研究能量和聚焦光斑尺寸误差对损伤阈值的影响, 为获得准确的薄膜损伤阈值测试结果提供了方向。

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。

利用声学法研究单层氧化硅薄膜在不同激光能量下的损伤情况，建立了激光致薄膜产生的声波采集系统，对其采集到的时域信号进行傅里叶变换，比较和分析薄膜损伤前后声波24~40 kHz高频段的曲线，提取频率特征，并提出用曲线相似函数进行薄膜损伤的识别方法。实验数据结果表明，该方法简单易行，可降低环境噪声的影响，既能实现在线检测，又能准确判别薄膜损伤。

为了深入研究重复激光脉冲的能量效应对光学薄膜的烧蚀机理, 采用实验观测与热力学分析相结合的方法进行了研究。通过观察光学薄膜烧蚀形貌随入射激光脉冲数量增加发生改变的典型形貌特征, 分析了激光与等离子体相互作用的热力学过程, 得到了在激光重复脉冲作用下光学薄膜的损伤特性及其演化规律。结果表明, 薄膜在重复脉冲作用下, 其表面会变得粗糙, 这会大大增加对激光的吸收效应, 从而加速了薄膜的破坏, 最终被完全去除而露出基底; 同时, 烧蚀物会在热膨胀作用下向激光作用区域外扩散, 在激光烧蚀中心区域外进行沉积, 而形成更大范围的污染。由于激光光强为高斯分布, 重复脉冲作用的效应主要是对在光束中心区域的薄膜进行集中烧蚀, 会不断增加烧蚀的损伤程度, 而对烧蚀面积的增加效应极为有限。这一研究结果为重复激光脉冲对薄膜烧蚀机理的建立提供了参考。

光学薄膜损伤阈值是衡量光学薄膜抗激光损伤能力的重要参数,而要实现损伤阈值的测试必须先实现薄膜损伤的判识。利用光声频谱特性研究单层氧化硅薄膜在不同激光能量下的损伤情况,简要地分析了声频法判别薄膜损伤的可行性,建立了激光致薄膜产生的声波采集系统,比较和分析薄膜损伤前后的24~40 kHz高频段曲线,提取频率特征,并提出利用曲线相似函数进行薄膜损伤的识别。实验数据结果表明,该方法简单易行,可实现在线检测,又能准确判别薄膜损伤。

通过分析两个不同波长激光同时辐照下薄膜体内驻波场分布并求解热传导方程，得到1 064 nm激光和355 nm激光在三倍频分离膜内共同作用下二维温度场分布.研究表明：1 064 nm激光和355 nm激光共同作用引起薄膜体内的温升峰值高于相同能量1 064 nm激光单独作用引起的薄膜体内的温升峰值，低于相同能量355 nm激光单独作用引起的薄膜体内的温升峰值.

分析了连续激光辐照ZnSe/MgF₂/K9滤光片引起透射特性的变化.在室温条件下,用波长0.632 8μm激光作为探测光束,测量了1.06μm连续激光辐照ZnSe/MgF₂/K9滤光片温升引起薄膜折射率的改变,导致探测光束通过干涉滤光片后透过率的热致非线性变化.在光斑直径0.75mm条件下,测量了不同功率激光辐照ZnSe/MgF₂/K9滤光片引起温升随时间的变化.在激光功率30W,辐照时间2.52s条件下,实验观测到ZnSe/MgF₂/K9滤光片薄膜破坏温度约为90℃,辐照时间10s时干涉滤光片形成的薄膜龟裂形貌.