为利用光热辐射技术定量检测材料亚表面缺陷的物性和结构参数, 采用有限元分析方法模拟计算了含缺陷材料的稳态波动温度场。通过分析含平底盲孔材料的光热辐射信号, 提出了确定盲孔深度和边界的经验公式, 揭示了光热辐射信号与缺陷形状、热学性质之间的关系。利用光热辐射技术检测直径分别为 1.5 mm、2.0 mm、2.5 mm和深度分别为 0.2 mm、0.4mm的平底盲孔直径和深度。实验结果表明直径检测误差小于 15%, 深度检测误差小于 10%。光热辐射检测实验验证了借助有限元分析实现对缺陷定量检测方法的有效性。

热传导逆问题的研究是亚表面缺陷定量评估与识别的理论基础。本文基于非傅里叶热传导模型的正问题研究，即将材料亚表面温度的正问题计算结果作为实验测试数据，采用Levenberg-Marquart算法对半无限材料中圆柱绝热缺陷的逆问题进行了研究。分析讨论了初始假设、入射频率、热扩散长度等对反演结果的影响，并将LM 算法与最速下降法、牛顿法等其他算法进行了比较。结果表明：初始假设参数不影响LM 算法的有效性；入射频率、热扩散长度等物性参数仅会影响收敛速度的快慢，不影响反演结果的精确性；LM 算法相较于最速下降法和牛顿法具有更大的收敛范围和更快的收敛速度。

为探讨光热辐射(PTR)技术检测金属材料亚表面缺陷的能力, 理论分析了双层材料在强度调制激光束激励下产生的热波幅值和相位, 实验检测了阶梯型钢板样品、铝/钢质盲孔阵列样品和钢质填锡盲孔样品的光热辐射信号。对于直径分别为2.5, 2.0, 1.5 mm, 孔底厚度分别为0.2, 0.4, 0.6 mm的铝质盲孔阵列样品, 实验得到的光热辐射相位分布显示了盲孔直径和孔底厚度的可区分性。对于钢质盲孔阵列样品, 在盲孔填锡前后的光热辐射相位分布显示出一定区别。实验结果表明: 聚焦光斑的光热辐射检测能探测到深度小于或约等于面层材料热扩散长度, 截面积约等于或大于光斑面积的铝或钢内气孔缺陷。

通过激光损伤实验，系统分析了传统研磨抛光加工工艺中表面杂质、刻蚀时间、亚表层缺陷和划痕宽深比对熔石英元件激光损伤阈值的影响。结果表明：擦洗后熔石英元件的激光损伤阈值为21.6 J/cm2，未经擦洗的元件的激光损伤阈值为11.28 J/cm2，受表层杂质影响激光损伤阈值大幅度降低，而有缺陷位置处的激光损伤阈值明显比无缺陷位置处的低。刻蚀时间的增加会使工件表面粗糙度和缺陷尺寸逐渐增大，导致光学元件激光损伤阈值大幅度下降，因此需要合理选择化学刻蚀时间。亚表层缺陷会对入射光场产生调制作用，造成局部区域反射光、散射光及入射光相互叠加，最终导致材料破坏而产生激光损伤。随着刻蚀时间的增加，划痕的宽深比会逐渐增大，可以逐渐减弱划痕对光场的调制作用，从而降低激光损伤发生的概率。

针对感应热成像检测中金属工件内部缺陷检测较为困难的问题，对常用的铁磁材料45#钢和非铁磁材料铝试件进行了研究。提取45#钢和铝试件上宽深比不同缺陷的降温曲线，对其进行归一化对数温度-对数时间拟合并求取二阶微分，利用二阶微分极小峰值时间作为特征量对缺陷深度进行定量。结果表明，对45#钢试件，缺陷宽深比大于等于2时，二阶微分极小峰值所对应的时间与缺陷深度平方呈线性关系，可以用来对缺陷深度进行定量; 铝试件处理后降温曲线的二阶微分极小峰值时间不受缺陷深度变化影响，不能作为特征量定量缺陷深度。最后通过实验验证了仿真结果。

Laser-induced damage (LID) to optical glass has become a growing problem in high-power laser systems. It is well known that the main reason of glass being damaged is due to defects and impurities in the material. Damage caused by subsurface defects (SSDs) is especially common in actual system running. Accordingly, in the presence of SSDs, a simple and alternative calculation method is developed to evaluate the enhancement of light field around the incident and exit surface. This ray tracing approach, based on the classical optics theory, is very direct and clear to show the optical phenomena of light intensity enhancement. Some basic SSD shapes have been studied and investigated here, which reveals the importance and boundary condition of controlling the size and density of SSDs in grinding and polishing process. Finally, to achieve optimal breadth depth ratio, the least etching amounts by hydrofluoric (HF) acid is investigated. The theoretical analysis and simulation results provide an appropriate range of removal amounts, which is very important in the HF etching process.

针对半无限体内亚表面含双圆柱异质缺陷问题, 基于非傅里叶热传导方程, 采用波函数展开法和镜像法, 研究了异质体缺陷的热波多重散射与温度分布, 并给出了亚表面异质双圆柱热波多重散射的一般解。通过数值计算, 给出了不同物理参数和几何参数下亚表面异质双圆柱的材料表面温度分布曲线, 分析了各参数对材料表面温度分布的影响, 特别是热波本身特性与缺陷性质的影响。研究成果可望为工程材料结构亚表面异质缺陷的无损检测和安全评定提供理论基础与参考数据。

基于非傅里叶热传导方程，采用复变函数与保角映射方法，研究了半无限板条结构中任意形亚表面缺陷的热波的多重散射问题，给出了热波散射问题的一般解.温度波由调制光束在材料表面激发，缺陷表面的边界条件为绝热.分析了结构几何和物理参数对热波散射与温度分布的影响，并给出了温度变化的数值结果.分析方法和数值结果可为工程材料结构的热传导分析、热波成像、物理反问题和材料内部缺陷评估等提供理论基础和参考数据.

利用时域有限差分法求解麦克斯韦旋度方程,研究了光学材料表面缺陷对入射激光场的调制作用,建立了亚表面缺陷的3维模型。以长方体表面缺陷为例,对缺陷附近的光场分布进行了3维数值计算,给出了电场强度3维分布图和缺陷不同尺寸时的最大电场强度。研究表明,相对于2维简化情况,3维表面缺陷对强激光电磁场的调制作用更加明显。