本文从理论分析、数值模拟及实验研究方面对脉宽为fs、ns、ms激光致光学薄膜元件的损伤特性和机理进行研究。在脉宽为ms激光对增透膜和反射膜元件损伤实验的基础上,建立了改进型缺陷分析模型,结合热应力分析得到的结果显示,增透膜损伤由表面缺陷主导,反射膜损伤由内部缺陷主导；进而定义了积分吸收比参量η,并提出当叩<1时,薄膜元件损伤与增透膜类似,当η>1时,薄膜元件与反射膜损伤类似。建立了脉宽为ns激光辐照光学薄膜元件的一维半无限大模型,结合薄膜系统电场分布,提出了激光辐照多层薄膜元件温度场的数学解法；计算和实验验证结果显示,多层介质反射膜具有分层破坏特性,单层金属膜损伤阈值随膜层厚度递增进而保持不变；所提出的数学解法较常用的有限元算法具有计算快、运算量小、可适合大尺寸模型等特点。采用fs激光辐照金属膜的双温热传导和介质膜电离理论,结合薄膜中实际电场分布,得到了金属、介质及金属-介质薄膜元件损伤阈值分析方法；研究结果表明,金属-介质薄膜反射元件在超短脉宽激光系统中的应用更具有优势；而金属膜层的材料和厚度均对损伤有影响,且适当增加金属膜层厚度或引入高热导率的附加层均能有效提高元件的损伤阈值。对fs、ns与ms激光致光学薄膜元件的损伤形貌、阈值及机理进行了研究。结果表明：fs激光损伤金属膜需采用双温热传导模型且损伤阈值与脉宽无关,ns与ms激光可使用单温热传导模型且损伤阈值与脉宽遵循τ1/2规律；百皮秒至纳秒脉宽之间为双温模型向单温模型的过渡阶段；fs激光损伤介质膜主要表现为电离击穿,而ns与ms激光损伤以热效应为主导；脉宽为十皮秒到纳秒之间时,电离击穿与热效应共同作用；热效应分析结果进一步显示,ms激光比ns激光损伤范围广、破坏大,且对缺陷不敏感。本文结果可为研究ms激光致光学薄膜元件的损伤提供理论与实验基础,为求解ns激光作用于光学薄膜的温度场提供一种方法,进而为fs激光系统中高性能的光学薄膜元件设计提供辅助手段。文中涉及的不同脉宽激光致光学薄膜元件的损伤比较结果可为工业或军事应用中选择激光器提供参考。