建立了一种适用于强激光辐照面的高温原位观测方法，并开展了高速风洞内的激光辐照实验，获得了典型金属材料与复合材料在超声速切向气流条件下的瞬态烧蚀与破坏行为；此外，基于Horn-Schunck光流法分析了各典型材料的烧蚀特征与质点的运动速度，基于粒子图像测速法并结合复合材料铺层结构特征获得了瞬时烧蚀速度。研究结果表明，各材料的动态烧蚀行为有很大差异：在切向气流作用下，熔融态钛合金的流动模式从燕尾状转变为羽翼状，而镍基高温合金则呈雨滴状流动。基于Kelvin-Helmholtz机制分析了切向气流作用下不同金属材料击穿时间存在差异的原因。超高温陶瓷复合材料的热化学烧蚀和机械剥蚀特征与编织结构类型密切相关，并且高激光功率密度条件下的抗激光烧蚀性能与碳纤维含量成正比。

在激光破坏机理研究中，经常关注材料对入射激光的反射率随辐照面温度的变化规律。利用基于积分球法的反射率测量系统，测量了915 nm激光辐照下45#钢对3.8 μm探针光的反射率的变化，确定了探针光辐照区的温度变化。结果表明，反射率的快速减小是由高温下样品表面快速氧化导致的,反射率随温度的缓慢变化是由电导率随温度变化导致的。

为了研究了激光与CCD传感器的作用过程及损伤机理, 采用有限元分析的方法, 对波长1.06μm的连续激光辐照行间转移型面阵CCD进行了理论分析和仿真研究。以基底Si表面激光辐照区域为热源建立热力耦合模型, 模拟得出了CCD的温度分布和热应力分布。通过对比分析其组成材料的温度损伤和应力损伤所发生的时间, 发现应力损伤先于温度损伤。结果表明, 作为固定边界和自由边界的交汇处, 基底Si下表面边缘处热应力于激光作用0.1s时最先超过破坏阈值120MPa, 发生应力破坏;Si材料产生由下表面边缘向中心的滑移, 基底逐步脱离固定;激光作用0.3s时, 遮光Al膜与SiO2膜层也因热应力超过两种材料的附着力100MPa, 而产生沿径向由内向外的Al膜层剥落的应力破坏行为, 这种行为将加快基底Si材料的滑移, 最终致使整个CCD因脱离工作位置而失效。该研究成果为CCD传感器的激光损伤及防护提供了理论依据。

石墨烯的问世引起了全世界范围的研究热潮，激光技术是使石墨烯深入走向应用领域的有力的技术手段，已成为先进制造技术的焦点之一。介绍了不同种类的激光制备石墨烯工艺过程的反应机制，包括脉冲激光沉积、激光诱导化学气相沉积外延生长、双光束干涉以及激光打开碳纳米管等。阐述了激光对石墨烯薄膜的破坏、切割、减薄、发光等调控石墨烯的质量和光电性能的方法与原理，并讨论了激光图案化石墨烯在气体传感器，超级电容器等领域的应用。总结了激光技术在石墨烯的制备与应用领域的发展趋势。

完善了由缺陷吸收引起温升导致材料破坏的激光损伤模型。从热传导方程入手，该模型在单杂质缺陷模型基础上，利用米氏散射理论计算杂质缺陷的吸收截面，根据材料基质和杂质缺陷的热物性能参数，计算了杂质相互之间的有效作用距离，即材料的热扩散长度范围。结果表明，考虑周围杂质的影响，基质材料损伤阈值更接近实际情况，同时基质表面的损伤阈值与实验上所得的时间标尺F∝t0.5非常吻合。

结合本实验室及国内外同行的工作进展，概括性地介绍了光学薄膜中节瘤缺陷的生长特性、结构特征和损伤特性，以及激光预处理和破坏修复技术的研究进展。节瘤种子的尺寸、形状和表面特性决定了节瘤缺陷的尺寸、边界结构的连续性和表面形貌特征。节瘤种子的来源主要有基底加工和清洗过程的残留物，镀膜过程中真空室的污染和蒸发材料的喷溅，并给出了相应的抑制方法。节瘤的电场增强效应是导致节瘤缺陷易损伤的另一个重要原因。节瘤缺陷的激光预处理和破坏坑的修复技术可以提高光学薄膜的抗激光损伤能力。

利用射频磁控溅射方法在不同衬底上制备出掺Y2O3 8 %的YSZ薄膜, 用X射线衍射、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜和透射光谱测定薄膜的结构、表面特性和光学性能, 研究了退火对薄膜结构和光学性能的影响。结果表明：随着退火温度的升高, 薄膜结构依次从非晶到四方相再到四方和单斜混合相转变, AFM分析显示薄膜表面YSZ颗粒随退火温度升高逐渐增大, 表面粗糙度相应增大, 晶粒大小计算表明, 退火温度的提高有助于薄膜的结晶化, 退火温度从400 ℃到1100 ℃变化范围内晶粒大小从20.9 nm增大到42.8 nm; 同时根据ISO11254-1激光损伤测试标准对光学破坏阈值进行了测量, 发现与其他电子束方法制备的YSZ薄膜损伤阈值结果比较, 溅射法制备的薄膜损伤阈值有了一定程度的提高。

光学元件的破坏是限制高功率激光系统发展的主要问题,理解光学元件的破坏机制对于高功率激光系统的设计、运行参量选择以及器件技术发展有重要影响。以热辐射模型为基础研究了杂质吸收诱导光学薄膜破坏的热力过程。研究发现薄膜发生初始破坏所需时间很短,脉冲的大部分时间是引起薄膜发生更大的破坏。在考虑吸收杂质发生相变的情况下,计算了吸收杂质汽化对薄膜产生的蒸汽压力,论证了薄膜发生宏观破坏的可能性。此模型能很好地解释光学薄膜的平底坑破坏形貌。

The sol-ge1 organicmodified silica(SiO2:(CH3)2SiO=1:1)moisture-resistant(MR)and porous silicaantireflective (AIR)coatings were studied and developed for laser phosphate glasses in the national high laser systems.The stability of viscosity of MR coa ting solution an d AR colloidal suspension was researched .The surface reflection of coated phosphate glasses decre~ses 6.5％-7.5％.The laser damage threshold of coatings was 12 J/cm2，1 053 nm/1 ns.The coatings roughness(RMS) was 2.523 nm.

Using di-ethoxy-silicane as precursor，a colloidal prepolymer was developed from sol-gel process. With silica colloid as modifier，the modified moisture-resistant films were prepared on neodymium-doped phosphate glass by spin coating. When the mole ratio of di-ethoxy-silicane to silica was 1: 1，the films after cure had improved abrasion-resistance. RMS was 1. 245 nm，while laser-damage threshold value more than 15 J / cm2 at the condition of 1 053 nm，1 ns. After staying in a closed circumstance at 80 ℃ and 95%RH，the films had approximately constant transmission and contact angle. It indicates that the films have a stable hydrophobic structure，good moisture-resistance，improved abrasion-resistant feature and longer service life.