本文是关于光学材料和光学薄膜的激光损伤机理研究。基于连续介质理论,通过理论模型分析和数值模拟,分析了光学材料和光学薄膜在激光辐照下的各种热、力损伤机理,主要包括热相变烧蚀、热变形功能损伤、热应力炸裂、杂质诱导损伤和多层膜系损伤等。 首先论述了光学材料对激光的能量吸收特性,讨论了激光损伤的定义,综述了激光对光学材料和薄膜损伤的主要实验现象和微观机制。 对光学材料的激光传热、相变烧蚀,采用有限差分全隐格式,在相变区采用潜热叠加到比热的方法,编制一维程序,以Si为例,研究了典型光学材料在不同功率密度、不同脉宽的激光辐照下的传热、相变烧蚀速度和深度。 关于激光辐照引起光学材料热变形功能性损伤和热应力炸裂引起光学材料硬破坏,应用有限元分析程序,计算分析不同功率、不同光斑的圆形或环形激光束对MgF₂、白宝石和SiO₂等材料的热变形、热应力损伤的定量关系,讨论了其中起决定作用的参数。 基于实验和实际应用中观察到的杂质诱导激光损伤形貌,建立了杂质诱导损伤的物理模型,辨别出杂质诱导不同光学材料的两种主要损伤机理:热应力和杂质汽化蒸汽压作用,给出了破坏阈值的理论估计。还仔细研究了杂质尺寸对材料损伤阈值的影响,发现存在一个最有害的杂质尺寸。 对光学薄膜的激光损伤,在驻波场理论基础上,建立表面和界面强吸收理论模型,计算给出了两种不同反射膜系中温度场的“多峰”分布特性,分析了激光对薄膜的热力损伤特点、主要损伤模式和阈值条件。