随着全球经济的快速发展和人类文明的不断进步,世界各国对清洁能源都提出了迫切需求。惯性约束核聚变（Inertial Confinement Fusion,ICF）是一种清洁、理想且热核可控的新能源获得方式,成为当今世界经济强国争相研究的重大前沿科学研究领域。磷酸二氢钾（Potassium Dihydrogen Phosphate,KDP）晶体材料具有透光性能好、非线性转换效率高和单晶生长尺寸大等独特优点,常作为大型激光驱动ICF装置内部光电开关和倍频元件使用,是ICF工程中不可替代的光学元件。现如今,工程大口径KDP晶体元件均采用超精密单点金刚石飞切（Single Point Diamond Flycutting,SPDF）加工工艺制备。然而,由于KDP晶体材料软脆、易开裂,且对温度变化敏感,其加工表面不可避免地产生缺陷,这些缺陷在强激光辐照下极易诱导激光损伤,并且在后续激光脉冲辐照下尺寸迅速增长,最终造成整个光学元件报废。尽管微铣削修复方法作为减缓晶体元件表面损伤尺寸增长最有前景的加工方法,可以有效提升元件抗激光损伤能力,但是现阶段晶体元件表面激光损伤问题依然是限制ICF系统输出能量提升的关键。本论文以KDP晶体超精密SPDF加工过程中引入的裂纹、凹坑、划痕和凸起为研究对象,采用多物理场耦合数值模拟与激光损伤实验探究相结合的方法,深入开展晶体表面微缺陷诱导激光损伤机制及其修复轮廓对激光传输性能的影响研究。KDP晶体表面加工缺陷诱导激光损伤初期能量沉积过程影响晶体激光损伤阈值,为了理论研究激光损伤初期能量沉积机制,以元件加工表面缺陷光学显微镜、原子力显微镜和扫描电子显微镜等表征结果为基础,分别建立了裂纹缺陷和凸起缺陷激光辐照初期能量沉积计算模型,分析了晶体表面缺陷在激光辐照初期光强增强以及自由电子激发过程,结合自由电子逆韧致辐射和非辐射弛豫理论,阐明了激光能量沉积机制及其对损伤发起的贡献。搭建了时间分辨泵浦-探测系统,利用激光损伤超快探测实验捕捉激光辐照初期晶体表面缺陷附近能量吸收阴影图像,验证了缺陷诱导激光损伤初期能量沉积仿真结果。求解了晶体表面不同形貌特征缺陷对激光能量沉积影响,通过解析晶体表面微缺陷与激光损伤初期温升映射关系,总结了晶体表面微缺陷对激光损伤影响的敏感尺寸范围,结果表明,开口宽度大于0.25μm或水平宽度大于0.6μm的裂纹缺陷,以及宽度尺寸大于0.3μm的凸起缺陷,在功率密度5GW/cm~2,脉冲宽度3ns的脉冲激光辐照下,极易诱导表面激光损伤发生。KDP晶体表面加工缺陷诱导激光损伤中后期损伤动力学过程影响晶体激光损伤程度,为了研究激光损伤动力学行为及损伤形成机制,耦合晶体激光损伤过程中能量沉积、材料相变、物质流动以及应力传播等物理规律,建立晶体表面缺陷诱导激光损伤全过程动力学模型,仿真分析了强激光辐照中后期晶体表面局部损伤区域温度、流体、应力等典型物理参量随激光加载时间的动力学演变行为,并求解了不同初始温度对激光损伤后续演变影响规律,进一步探究了激光损伤初期能量沉积对损伤发起作用,获得了激光损伤临界温度阈值5000K的损伤判据。基于超快探测装置,捕捉了晶体表面预置缺陷诱导激光损伤超快瞬态过程,通过激光损伤演变过程中能量扩散、物质喷溅、应力波形成、裂纹扩展等动态行为实验探测结果,验证了表面缺陷诱导激光损伤动力学行为演变过程仿真结果的有效性。KDP晶体飞切表面激光损伤形貌探测结果证明了激光损伤动力学过程温度、流体等物理参量对损伤发展与形成机制影响。KDP晶体表面微铣削修复轮廓近场光传输性能影响修复元件抗激光损伤能力,为了研究修复表面对近场激光传输性能影响,建立了晶体表面球面型、高斯型和圆锥型三种典型修复轮廓对晶体内部激光传输性能影响仿真模型,解析了晶体表面修复点不同结构参数对晶体内部光强增强影响规律,发现宽深比大于6的修复轮廓可用于晶体表面微铣削修复。设计KDP晶体表面修复轮廓激光损伤阈值测试实验,损伤阈值实验结果与晶体内部光强增强仿真结果变化规律一致,验证了晶体表面修复轮廓对近场激光传输特性仿真结果的正确性。KDP晶体表面修复轮廓不但会对近场光传输性能产生影响,还会造成下游远场光场调制,对下游光学元件产生损伤威胁。为了研究修复表面对远场激光传输性能影响,基于电磁场标量衍射理论,建立了KDP晶体表面修复轮廓对下游远场光场调制数值求解模型,解析了不同修复轮廓形状、尺寸等结构参数对下游远场光场调制的影响规律,研究发现当晶体表面修复轮廓宽深比小于30时,调制主峰值不会对下游远场光学元件造成激光损伤影响。通过晶体修复表面下游光学元件激光损伤实验和下游光强探测实验,证实了下游光场调制仿真结果正确性。研究结果为工程晶体元件的有效修复提供理论基础与技术参考。