熔石英元件的抗激光损伤性能对高能激光器的稳定运行具有重要意义。为了提升熔石英元件抗激光损伤性能，针对传统氢氟酸蚀刻产生再沉积物的缺点，提出了采用有机氟酸蚀刻提升熔石英元件抗激光损伤性能的方法。有机氟酸蚀刻的优势在于产物具有较好的溶解性，因而产生再沉积物的可能性降低。采用有机氟酸溶液静态蚀刻熔石英元件，并对元件的表面质量、透过率和激光损伤密度进行了表征分析。表面质量和透过率的结果一致显示熔石英元件经有机氟酸蚀刻后，元件表面的再沉积物和污垢较少，表明有机氟酸具有较好的抑制再沉积物生成的效果。激光损伤密度结果显示，有机氟酸蚀刻熔石英的深度为6 μm时，元件的平均激光损伤密度为0.26 cm⁻²，接近先进缓释处理2（AMP2）工艺的水平。基于有机氟酸蚀刻提高熔石英元件的抗激光损伤性能为激光负载能力的提升开辟了一条新途径。

高功率固体激光装置的负载问题是制约装置建设与运行的瓶颈问题。在高通量紫外纳秒激光辐照下，熔石英后表面的损伤不断产生和增长，严重限制了装置的负载能力。在提升熔石英抗损伤性能的基础上修复既有损伤，循环使用光学元件，是现阶段提升装置负载能力的主要手段。主要介绍了国内外近年来在熔石英损伤的规律与机制、光学元件循环处理的支撑技术以及提升负载能力的新材料与新技术方面所取得的重要进展。

紫外光学元件损伤动力学的研究是关联物质微观结构演化与光学元件宏观性质变化的重要纽带。在光学元件后表面损伤坑形成的过程中，激光能量沉积导致材料爆炸形成高温高压物质突破表面，并伴随形成爆炸流场和喷溅射流。爆炸流场与初始起爆强度具有强关联性，对爆炸流场及喷溅行为进行研究，可以帮助分析损伤初期的材料状态变化和响应机制，是损伤动力学研究的必需环节。基于多种时间分辨成像技术，捕获了损伤发展前期的材料电离和气化响应演化行为，分析了材料损伤起爆后气化电离等过程的弛豫时间，并确定各个行为转化的关键时间节点，描述了损伤区域能量快速释放的物理过程。

为了研究磁流变抛光液中磨粒团聚对光学玻璃元件的磨损性能，利用环境可控的直线往复式摩擦磨损试验机，以不锈钢球为对磨副，以熔石英为基底，系统地研究了磁流变抛光液中纳米金刚石磨粒团聚程度对熔石英摩擦磨损性能的影响，并利用光学显微镜、白光干涉仪等设备分析熔石英的磨损机制，最后将摩擦学实验结果与实际磁流变抛光结果进行对比。实验结果表明：纳米金刚石磨粒团聚程度越大，熔石英表面的材料去除率越大，磨损区域亚表面损伤情况越严重。当载荷为0.5 N时，熔石英在团聚磨粒作用下的磨损主要以黏着磨损为主，伴随着轻微的磨粒磨损，同时熔石英的亚表面无明显损伤；当载荷从0.5 N增加到4 N时，熔石英的磨损形式以磨粒磨损为主，熔石英的表面和亚表面出现大量损伤。采用相同磨粒团聚程度的抛光液进行熔石英磨损与磁流变抛光实验发现，熔石英在磁流变抛光过程中的材料去除率与磨损实验的材料去除率变化趋势保持一致，表明借助摩擦磨损实验在一定程度上可以预测实际磁流变抛光中的材料去除率。

激光诱导损伤是导致熔石英真空光学元件突发破裂的根本原因。本工作采用神光-Ⅲ原型装置终端光学组件的熔石英真空光学元件制作了标准样品, 统计分析了熔石英玻璃样品表面损伤形貌特征, 探究了激光诱导损伤对熔石英玻璃样品弯曲强度的影响。结果表明: 激光诱导熔石英玻璃损伤点形貌为典型的半椭球体, 损伤点深度随其长度增大呈上升趋势, 深度极限基本不超过2 mm; 损伤点对熔石英玻璃弯曲强度影响非常明显, 含损伤点的样品平均弯曲强度仅为不含损伤点样品平均弯曲强度的41%。随着损伤点长度和深度增大, 熔石英玻璃的弯曲强度总体呈下降趋势, 但当损伤点长度大于15 mm, 弯曲强度下降趋势明显缓和, 损伤点长深比对弯曲强度无明显影响。熔石英玻璃真空窗口光学元件安全设计, 应考虑玻璃弯曲强度离散性及持久应力作用综合影响, 且在损伤点位置处的最大弯曲拉应力不应超过其弯曲强度设计值。

针对现有小尺寸集群损伤修复及检测技术仍不完善的问题，重点研究亚表面缺陷多模态原位检测方法，从损伤样件表面损伤数量和尺寸、典型小尺寸损伤的形貌、光热吸收、荧光面积等多项指标进行了系统测量和分析，并开展了磁流变修复研究。研究结果表明：熔石英小尺寸损伤内部的吸收性杂质是影响元件性能的主要因素，在磁流变缎带接触到损伤底部前，损伤的整体吸收和荧光分布呈上升趋势；高重频激光对磁流变修复后的损伤辐照过程是一个由慢变快、由杂质到本体、由边缘逐渐向外扩张的过程，能够有效对磁流变修复后的表面进一步起到修复作用，可作为组合修复工艺的第三道工序。研究结果对光学元件检测表征体系的构建提供参考。

为了研究毫秒-纳秒组合脉冲激光辐照熔石英的温度场和应力场特征，基于热传导理论和弹塑性力学理论建立了二维轴对称几何模型，利用有限元分析软件对毫秒-纳秒组合脉冲激光辐照熔石英的过程进行了数值分析，得到了熔石英表面及内部的瞬态温度场和应力场的时空分布与变化规律。结果表明：组合脉冲激光中，毫秒激光脉宽为1 ms、能量为120 J，纳秒激光脉宽为10 ns、能量为80 mJ，Δt=1.0 ms条件下毫秒-纳秒组合脉冲激光辐照熔石英出现温度最佳延时。观察总能量相同的组合脉冲激光与毫秒脉冲激光致熔石英的热损伤结果，得到最佳能量配比。研究结果表明，组合脉冲激光中，毫秒脉冲激光对熔石英产生热效应，纳秒脉冲激光对熔石英产生应力效应。