熔石英光学元件在高能量密度的紫外脉冲激光辐照下往往极易出现后表面损伤，这严重影响了紫外高功率脉冲激光装置的可靠性。综合国内外相关研究进展，系统阐述了熔石英元件表面在高能量紫外脉冲激光辐照下的损伤特性，包括典型的初始损伤和损伤增长行为特征，介绍了熔石英元件表面缺陷的类型、分布特性和紫外脉冲激光诱导损伤的内在机制，并概述了常用的熔石英表面加工方法与缺陷控制技术。最后，介绍了熔石英表面缺陷无损检测新技术和抗损伤性能测试技术方面的研究进展。

为了建立有效无损的亚表面缺陷探测技术, 本文开展了光学元件亚表面缺陷的荧光成像技术研究, 通过系统优化激发波长、成像光谱、成像光路及探测器等影响探测精度和探测灵敏度的参数, 研制出小口径荧光缺陷检测样机。基于该样机对一系列精抛光熔石英和飞切KDP晶体元件的散射缺陷和荧光缺陷进行了表征, 获得了各类样品亚表面缺陷所占的比重差异很大, 从0.012%到1.1%不等。利用统计学方法分析了亚表面缺陷与损伤阈值的关系, 结果显示, 熔石英亚表面缺陷与损伤阈值相关曲线的R2值为0.907, KDP晶体亚表面缺陷与损伤阈值相关曲线的R2值为0.947, 均属于强相关。该研究结果可评价光学元件的加工质量, 用于指导紫外光学元件加工工艺, 并且由于该探测技术具有无损、快速的特点, 因此可应用于大口径紫外光学元件全口径亚表面缺陷探测, 具有极其重要的工程意义。

为了提高射流抛光的加工效率, 设计了一种矩形喷嘴结构, 基于并行去除方式来提高工件的去除效率。根据流体力学基本理论, 分析了矩形喷嘴冲击射流流场的结构特性, 并对其流场分布进行了定量计算。基于射流去除理论, 建立了矩形喷嘴的材料去除理论模型, 并对去除量分布进行了计算与比较。详细分析了矩形喷嘴结构参数与去除量之间的关系, 在此基础上对矩形喷嘴进行了优化, 结果表明, 矩形喷嘴长宽比控制在10左右能够得到很好的去除效果。

近红外高光谱分辨率激光雷达(HSRL)分子散射回波信号具有频谱展宽窄、能量弱等特点，相对于紫外和可见光HSRL 研发难度大大增加。光谱滤光器作为HSRL 的关键器件之一，与HSRL 系统的反演精度密切相关。根据光谱滤光器的信号透射率和光谱分离比与HSRL 系统反演精度的关系，通过分析1064 nm HSRL 散射回波的特点，对两种具有代表性的干涉光谱滤光器进行了建模和仿真分析。结果表明，在光束发散角较小时，Fabry-Perot干涉滤光器具有较好的滤光性能，但对面形精度要求较高，不易于加工和装调；视场展宽Michelson 干涉滤光器(FWMI)对光束的发散角不敏感，集光能力强，且对面形精度的要求相对较低，在实际应用中更适合用于近红外HSRL 系统光谱滤光器。

分析了视场展宽迈克耳孙干涉仪(FWMI)用作高光谱分辨率激光雷达(HSRL)光谱滤光器时一个未引起广泛重视却又非常重要的问题：FWMI增透(AR)膜反射率容差评估。由于FWMI不同材料分界面的AR 膜无法做到100%透射，一旦光线经过该表面，将引起部分光被反射，且这部分光线将成为游离光线在干涉仪主体中不断被多次反射。分析了AR膜反射率导致的多次反射对FWMI滤光性能的影响机理，并采用光谱分离比(SDR)作为性能量化指标，提出了一种迭代算法来定量评估FWMI光谱分离特性与AR膜反射率的关系。分析结果表明，AR膜反射尽管对大气分子散射信号的透射率影响不大，但会较大的降低FWMI对气溶胶散射信号的抑制能力，最终总体上导致SDR 的降低。本方法对FWMI AR 膜反射率容差评估具有较大的参考价值，是保证FWMI良好设计性能的重要方面之一。

为了给出射流抛光系统的优化设计参数, 从理论上分析了冲击射流流场的结构特点, 建立了工件壁面上的速度、压强与冲击角度、射流出口速度以及冲击距离的数学关系。就不同参数对射流流场分布的影响进行了定量计算, 结果表明, 工件壁面上的压强和速度与出口压强和速度成线性正比关系。当冲击距离大于9.6d(d为射流喷口的直径)时, 工件壁面压强和速度随冲击距离的增大而减小, 冲击距离增加到15d时, 壁面压强最大值减小到0.54p0(p0为射流出口处的压强)。工件壁面压强和速度随冲击角度的减小而减小, 当入射角为90°、60°和45°时, 分别得到壁面压强最大值ps=0.95 p0, 0.74p0, 0.475p0, 上游速度最大值um02=0.96u0, 0.8u0, 0.67u0(u0为射流出口处的速度)。

为了充分掌握磁流变抛光中磁场强度、浸入深度、抛光轮转速、磁流变液水分含量等工艺参数对抛光结果的影响规律,以期提高元件的面形精度和表面的质量，在研究了磁流变抛光材料的去除数学模型的基础上,结合实验室的PKC100P1型抛光设备,对上述的关键工艺参数分别进行了研究，设置了一系列的实验参数,进行了详细的实验探索，分析了单因素条件下材料的去除量以及元件表面质量同关键工艺参数的内在联系，得出了相应影响关系曲线。从关系曲线表明：工艺参数对抛光斑的去除效率以及被加工元件表面质量存在着明显的影响规律，掌握这些影响关系就能用于分析和优化磁流变加工的结果，为高精度光学表面的加工提供可靠的保障，同时实验的结果也很好地验证了磁流变抛光材料去除理论的正确性。

采用不同的光斑移动距离, 对电子束蒸发制备的HfO2/SiO2多层高反膜进行了单步及多步预处理。结果表明: 为了使薄膜不产生损伤, 预处理最高能量密度最好不超过薄膜零几率损伤阈值的90%; 相同预处理效率下进行的单步预处理对提高光学薄膜抗激光损伤阈值的效果比多步预处理好; 对HfO2/SiO2高反膜进行98.4%能量覆盖的两步预处理后薄膜损伤阈值提高81%; 控制薄膜的缺陷源, 初始物质应采用金属Hf。

研究对比了激光直接辐照、 聚焦辐照以及激光等离子体辐照三种辐照方式下, 洋葱表皮细胞的烧蚀特征, 并基于激光辐照的热力学特性对细胞的温升以及相变过程进行分析。 观察发现: 直接辐照对细胞的杀伤效果很不明显; 聚焦辐照会引起焦点附近细胞的断裂以及脱水; 激光等离子体辐照作用下, 细胞会呈现大面积的去除, 断裂边缘粗糙, 且细胞层有叠加现象。 理论分析发现, 激光等离子体具有热效应、 辐射电离及冲击波效应等, 会增加激光脉冲能量到细胞的沉积、 以及对细胞冲击剥离等, 从而会大大增加细胞的杀伤范围和效率, 可用于对细胞进行大面积杀伤。