太阳能电池作为一种高效的光电转化器, 被广泛地应用于光伏发电系统中。 激光作为一种高亮度光源辐照电池时, 会导致其出现损伤, 可利用电池的表面散射光谱特性, 对其损伤程度进行判别。 通过目标表面散射光谱测量系统, 对激光辐照后的三结砷化镓电池散射光谱进行测量, 并计算双向反射分布函数（BRDF）。 其中测量系统主要由FX 2000和NIR 17型光纤光谱仪组成, 针对电池表面的强镜反射特性, 在实验中采用了入射角和反射角为30°的测量几何模型。 原始三结砷化镓太阳能电池的结构主要包括减反射膜DAR层、 顶电池GaInP层、 中电池GaAs层和底电池Ge层, 其散射光谱特征包括可见光谱段(500~900 nm)的吸收特性及近红外谱段(900~1 200 nm)的类周期振荡特性, 在对连续激光辐照损伤后电池的光谱特性进行实验测量后, 得到了损伤电池光谱BRDF的变化, 并结合基于薄膜干涉理论的电池散射光谱模型, 对各膜层损伤后的特征进行了分析。 结果表明: DAR层的主要作用是降低光谱反射能量, 对光谱曲线的特性影响较小; Ge层对光谱曲线形状基本无影响; 电池散射光谱吸收和干涉等特征主要由GaInP层和GaAs层所引起, 其中, GaInP层主要影响可见光谱段的吸收特性, 并对近红外谱段内的干涉特性起到调制作用, 而GaAs层主要影响近红外谱段的干涉特性, 当其损伤到一定程度后, 会导致可见光谱段内出现干涉特性。 最后, 在实验结果分析的基础上, 通过模型研究了电池各层对散射光谱特性的影响, 并讨论了基于散射光谱特性的电池损伤程度判别, 研究结果可为电池激光损伤判别提供参考。

通过激光放大器获得高功率的激光输出时，增益材料的损伤特性决定了激光器的使用寿命。以激光二极管（LD）端面泵浦的单片钕玻璃激光放大器为例，对泵浦过程增益材料内部的光场特性和热效应引起的端面应变进行了研究。结合电子增殖理论，建立了一个激光增益材料场致损伤特性分析模型。研究了增益材料内部的雪崩电离速率和多光子电离速率的变化规律，并根据临界自由电子数密度确定了材料发生损伤的具体位置。研究结果表明，激光增益材料发生损伤的位置受到信号光初始光强值、脉冲宽度和泵浦光功率密度影响。当初始光场能量一定，脉冲宽度从10 ns增加到13 ns时，损伤点向入射端方向移动大约14 mm。泵浦光功率密度越大，端面热效应越明显，材料更容易发生损伤。

建筑固体废弃物与工业固体废弃物的协同、高效处置对固体废弃物的综合利用有着重要意义。本文采用CT扫描技术与数字体相关法, 对单轴受压地质聚合物再生混凝土的损伤演化特性进行分析, 并以此建立单轴受压地质聚合物再生混凝土损伤本构模型。研究结果表明, 地质聚合物再生混凝土内部非均匀应变场的产生是其发生破坏的主要原因, 考虑数值特征和空间特征的损伤因子与应变呈5次函数关系, 基于应变等效原理建立的损伤本构模型可以较好地表征在荷载作用下的应力-应变关系。本研究可以为地质聚合物再生混凝土在工程上的应用提供理论基础和技术支撑, 同时为再生混凝土的力学损伤研究提供新方法。

为了研究高功率激光致碳纤维/环氧树脂复合材料的热损伤规律, 采用COMSOL软件对多层结构的碳纤维/环氧树脂复合材料的热应力进行模拟计算, 取得了不同功率密度激光辐照复合材料的瞬态温度场与应力场的时空分布及变化规律。测量得到不同功率密度的激光作用碳纤维/环氧树脂后的损伤面积和损伤形貌, 与数值模拟结果的趋势吻合。结果表明, 靶材表面辐照中心点温度在872K时出现温度平台, 即相变潜热期与逆相变潜热期, 并随着激光功率密度变化; 激光辐照靶材对上表面碳纤维产生了极大的轴向压应力, 功率密度为293W/cm2时, 压应力差值约为1.87MPa; 功率密度为3453W/cm2时,压应力差值约为1.42MPa。这一结果对高功率激光致碳纤维/环氧树脂复合材料的热损伤研究提供了理论基础。

采用反应电子束蒸发技术在不同氧分压下制备了HfO2薄膜,并采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、椭圆偏振仪、X射线光电子能谱仪、1064 nm弱吸收测试仪、1064 nm激光1-on-1损伤测试系统等,对HfO2薄膜的结构、光学性能、化学组分、吸收性能、抗激光损伤特性和损伤形貌等进行了表征和分析。当沉积温度为200 ℃时,所制备的HfO2薄膜为单斜多晶结构,晶粒尺寸约为10 nm。随着氧分压升高,薄膜的氧化程度随之增大,由化学计量比缺陷主导的薄膜1064 nm弱吸收系数变小,同时薄膜结构变得疏松,折射率随之降低。深入研究后发现,在采用反应电子束蒸发技术制备HfO2薄膜时,提高氧分压有助于抑制膜内纳米吸收缺陷和基底亚表面裂纹,提高HfO2薄膜抗1064 nm激光损伤阈值,对制备出基于HfO2薄膜的高性能光学元器件具有重要的参考价值。

研究了用于三倍混频的Ⅱ类DKDP晶体在35 ps，850 ps和7.6 ns三种不同脉宽355 nm波长激光作用下的损伤特性。实验对比分析了损伤阈值、概率和损伤针点形貌、尺寸和密度，并根据损伤阈值及概率得到前驱体阈值及密度。结果表明，前驱体的激光能量吸收量与脉宽线性相关。35 ps激光作用下DKDP有一种前驱体吸收激光能量形成熔融状损伤针点。850 ps激光作用下有两种前驱体吸收激光能量并产生力学破坏形成中心熔融四周断裂的损伤针点。7.6 ns激光作用下只有一种前驱体吸收激光能量，并且形成的损伤针点与850 ps对应的损伤针点有相同特征。

激光冲击是一种以高功率脉冲激光辐照金属材料的新型表面改性处理技术。在水约束层和 记号笔涂层作保护层的情况下,对铝、钛和不锈钢3种典型的金属结构材料进行激光冲击对比实验, 获得强激光冲击作用下3种金属结构材料的损伤特性,并定量分析了激光冲击次数与金属材料表面凹坑 深度的关系。结果表明:凹坑深度与冲击次数呈线性关系,且斜率与金属材料的屈服强度成反比。 为探究激光冲击光斑形貌对金属材料损伤的影响,对比了方斑和圆斑的冲击情况。测试数据显示试件 表面损伤形貌与光斑一致且圆斑造成的损伤更严重。

为了研究阻尼橡胶材料与纳秒激光的相互作用，通过单脉冲激光进行刻蚀实验，观察了橡胶材料的损伤情况，分析了其损伤机理。结果表明，短脉冲激光能量作用于阻尼橡胶材料表面时，由于橡胶材料的热传导系数较低，激光能量所产生的热量将极大地集中在光斑区域内。在高温条件下，橡胶材料发生热裂解、老化等现象，所形成的孔洞内呈现出明显的蜂窝状的热烧蚀状态。随着单脉冲能量的增加，孔的深度和直径增大，且孔内的烧蚀状态更加明显。通过测量烧蚀直径和深度，计算了阻尼橡胶材料在13 ns激光单脉冲作用下的损伤阈值。利用有限元方法模拟了阻尼橡胶材料的单脉冲损伤过程，利用模拟结果再次计算了材料的单脉冲损伤阈值，与实验结果吻合较好。