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。

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。

针对参量振荡过程中铌酸锂表面的增透薄膜的损伤问题, 采用了XRD光谱法和形貌观测法对激光诱导薄膜损伤的形貌及其物理过程进行了深入地分析. 观测发现： 薄膜损伤点的特征是膜面出现凹陷的点坑, 周围分散着由厚到薄变化的沉积层, XRD光谱检测显示出现了薄膜材料的晶化. 利用杂质缺陷诱导薄膜损伤模型对以上损伤的形貌成因进行了分析. 研究表明： 杂质粒子对激光脉冲能量的强烈吸收会引起邻近光学材料的迅速熔化、 汽化和电离, 形成复杂物态结构混合物; 在激光等离子体冲击波作用下, 混合物发生喷溅扩散形成凹陷坑. 在扩散冷却过程中沉积物会发生结晶, X射线衍射显示出薄膜材料SiO2晶态的衍射峰.

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.

对基于KTA (KTiOAsO4, 砷酸钛氧钾)晶体的中红外2 μm光参量振荡器的输入镜膜层损伤现象进行了初步分析及对比实验研究, 表明薄膜缺陷导致的热效应是造成输入镜膜层损伤、抗损伤阈值低的主要原因, 同时发现由于腔镜失调等原因造成的腔内残余1.06 μm激光是造成膜层损伤的主要来源, 这些结果对改进光参量振荡器系统设计、进一步提高2 μm激光输出能量具有一定的指导作用。