大口径熔石英元件在强激光下的损伤,尤其是表面的损伤,会降低元件寿命,是限制惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)激光驱动器负载能力提升的主要因素之一。本文主要针对大口径熔石英元件的表面损伤,开展了理论和实验的研究。论文内容包括:介绍了ICF激光驱动器中光学元件的负载能力问题和国外激光驱动器的负载能力提升之路,梳理了激光损伤的机理和大口径熔石英光学元件损伤的原因。建立了熔石英元件表面损伤的几率模型:基于元件表面抛光再沉积层中杂质吸热破坏的物理模型和杂质的半径分布,得到杂质损伤阈值的分布形式。结合杂质在表面的随机空间分布,推导出了初始损伤发生的概率曲线。由这条曲线,可预测在不同口径和通量的激光下测量时,元件的损伤阈值和初始损伤密度。开展了判断实验:对一块大口径熔石英元件,在神光-Ⅲ原型装置的一路上和一台小口径激光器上分别进行了在线和离线的损伤实验。由离线测量得到的阈值数据推测出的元件损伤阈值与在线实验中的一致,验证了几率模型的正确性。结合激光能量和元件表面损伤点面积的关系,进一步推导了初始损伤面积的解析式。将静态的损伤几率模型扩展,推导了多发激光入射后,元件表面损伤密度、挡光面积的变化与激光通量、辐照面积和发次的关系。至此,建立了一套方法,可由离线测量的损伤数据,预测元件在线运行时的损伤阈值、损伤密度、损伤面积。由此,可离线评估元件的抗损伤能力和寿命,为器件运行提供理论指导。另外,还初步探讨了复合波长对损伤密度的影响。对非吸热性杂质,用时域有限差分法模拟了其对光场的调制。这种杂质散射光场,造成光场强度的增大与杂质的半径和折射率有关。波长尺度的气泡和氧化锆杂质,可使光场强度增大1.6-1.9倍。散射光场经过非线性传输,调制会进一步增大,使光束质量下降,还可能使元件后表面或下游光学元件出现损伤。论文的研究方法和结果对我国ICF高功率固体激光装置负载能力的提升和指导器件运行有一定的理论意义和工程应用价值。