在高功率激光系统中, 光学薄膜元件表面杂质和体内节瘤缺陷是导致薄膜元件损伤的关键因素。通过建立强激光连续辐照下光学薄膜元件的热分析模型, 分析在不同激光辐照时间和功率密度下, 表面杂质和节瘤缺陷对光学薄膜元件损伤的影响及其规律。结果表明, 在强激光连续辐照下, 当表面杂质粒子尺寸处于一定范围内时, 随着杂质粒子尺寸的增大, 薄膜元件上的最高温度随之升高, 且大而浅的节瘤缺陷种子对膜层的温升影响较大。随着激光功率密度的提高和激光辐照时间的增长, 表面杂质造成薄膜元件热熔融损伤的粒子尺寸范围越大, 节瘤缺陷造成薄膜元件热熔融损伤的种子深度和尺寸范围也越大。

基于光学薄膜元件的热力学理论, 建立了强激光连续辐照下薄膜元件的热分析模型, 分析了强激光辐照下不同种类的表面杂质诱导薄膜元件的热熔融损伤和热应力损伤的过程。统计了不同口径和不同表面洁净度等级的薄膜元件上可诱导薄膜元件热损伤的杂质数量, 定量分析了杂质诱导薄膜元件热损伤的总面积, 计算了薄膜元件上热损伤的面积超过总面积的3%时所需的曝露时间。研究结果表明, 在强激光连续辐照下, 尺寸处于一定范围内的杂质会诱导薄膜元件的热熔融损伤和热应力损伤, 热损伤的方式与杂质类型密切相关。薄膜元件的口径越大、表面洁净度等级越高, 处于可诱导薄膜元件热损伤尺寸范围内的杂质数量越多。单个杂质诱导薄膜元件热应力损伤的损伤点面积比热熔融损伤的更大。

基于薄膜元件的热力学理论, 建立了强激光连续辐照下薄膜元件的热分析模型, 模拟了薄膜元件表面杂质吸热后向周围薄膜进行热传递的过程, 并讨论了表面洁净度等级和杂质尺寸对薄膜元件热应力损伤的影响。研究结果表明: 强激光连续辐照下, 表面杂质会吸收激光能量产生较大的温升, 激光辐照时间越长, 功率密度越大, 杂质的温升也越大; 吸热后, 达到熔点的杂质和未达到熔点的杂质分别通过热传导和热辐射的方式向周围薄膜传递热量, 通过热传导作用在薄膜元件表面引起的温升明显高于热辐射作用引起的; 杂质向周围薄膜传递热量后会在薄膜元件上产生非均匀的温度梯度, 进而产生热应力, 热应力随着温度梯度的增加而增大, 且处于一定尺寸范围内的杂质, 更容易诱导薄膜元件热应力损伤; 此外, 薄膜元件的表面洁净度等级越高, 杂质粒子的数目越多, 越易于造成薄膜元件的热应力损伤。