在以惯性约束聚变激光驱动器为代表的高功率大能量固体激光工程中,光学元件的激光诱导损伤问题已成为制约激光输出能力的最大瓶颈,尤其是工作于紫外波段的熔石英元件后表面的激光损伤,最为频繁和致命。熔石英元件后表面损伤通常呈现为形似火山口的损伤坑,一旦出现,便会在后续激光辐照下迅速地连片扩展,并向元件体内延伸,最终造成元件的彻底失效。针对熔石英元件后表面的激光损伤问题,研究揭示其发生发展的行为规律,阐明其物理机理,认清决定损伤形成和增长的关键要素,具有重要的科学研究价值和实际工程意义。根据实验观测,紫外纳秒激光在熔石英元件后表面引发损伤的过程中,从材料的局部起爆到损伤坑的最终形成,其间包含表面物质气化爆炸、液相和固相颗粒喷溅、应力波的产生和传播等诸多复杂的动力学行为和阶段,涉及材料电离、物态变化、流体运动和力学破坏等多种物理过程,产物复杂多样,行为演化迅速。截至目前,学界对上述行为的机理、规律、阶段特征及其对最终损伤形貌的决定关系,把握得尚不透彻。在实验上对如上微观的损伤动力学行为未能充分的采集捕获,因此也未能支撑形成完整统一的损伤动力学理论。本文围绕上述熔石英元件后表面在紫外纳秒激光诱导下的损伤问题,针对从表面爆炸至应力破坏的损伤过程展开研究,根据各种动力学行为的时空尺度特征,设计构建结合有多种测量手段的时间分辨显微成像技术,实验获取各个损伤阶段的动力学行为发展图像和特征参数,进而揭示损伤的动态演化规律和物理机制。本文的研究内容分为以下几个部分:（1）针对不同损伤阶段的动力学行为和产物特性,设计、构建了结合多种测量手段的时间分辨显微成像系统,以获得各个阶段的瞬态图像和特征的物理参数。为获取爆炸阶段流场内容物的性质和空间分布信息,构建双波长探针光干涉成像系统,通过空间折射率变化表征高透明度且成分复杂的材料电离气化物;为获取颗粒喷溅阶段的颗粒运动参数,引入双延时探针成像手段,实现对不可复现的单个损伤喷溅颗粒飞行过程的追踪;为分析应力破坏阶段的应力性质和强度演化,建立多幅同时的应力双折射成像方法,通过双折射相位延迟实现对不同时刻的应力瞬态强度的计算。（2）对于熔石英元件后表面损伤爆炸流场结构及其演化问题,本文对羽流的物质成分和空间分布的演化过程进行研究,揭示了材料气化和电离行为所主导的损伤材料弛豫过程。损伤区域突破后表面时,高温材料的电离和气化物形成空气端的爆炸流场。本文利用结合双波长干涉光路的时间分辨成像系统,获取流场内部材料气化和电离产物的空间分布和运动信息。流场的干涉图像显示了羽流的双层结构及物质成分,表明该材料弛豫过程可分为两个阶段,初期阶段中,材料处于电离和剧烈气化状态中,在数十纳秒时刻,亚表面过热材料爆发形成二次喷射,这种气化喷射过程将持续至百纳秒以上。（3）对于损伤喷溅物质形态及其运动问题,本文对喷溅颗粒的飞行运动参数随时间的演化过程进行分析,结合颗粒物的空间分布和显微形貌特征,对损伤材料回归热稳态的物理状态变化过程进行研究。损伤喷溅持续产生且不断变化,影响了后表面损伤区域的空洞形貌,同时使得区域能量持续衰减。本文利用双延时探针的时间分辨成像系统,获取不同时刻出射喷溅物的尺寸和飞行速度,并与出射颗粒的显微形貌特征相联系。实验显示,在1500 ns时间内,喷溅颗粒从小尺寸液滴向大尺寸碎片转变,飞行速度从1 km/s量级衰减至10 m/s量级,代表损伤区域压强从1 GPa以上降低至数个兆帕。这些结果共同反映了损伤区域材料的弛豫过程及响应行为。（4）对于材料应力波传播特征及其造成的力学破坏问题,本文对元件体内应力的时空演化过程进行研究,揭示了后表面损伤引起的应力成分和空间分布,探讨了应力行为对损伤坑裂纹及其发展规律的影响。应力破坏导致了损伤坑外围的裂纹,这些裂纹在多发次累积辐照下迅速沿体表和体内扩张,致使元件最终失效。本文利用多幅同时的应力双折射时间分辨成像系统对元件的瞬态应力行为进行分析,基于应力导致双折射与应力性质的关系,获得应力成分和强度的分布和演化,并与后表面损伤坑的裂纹分布特征相关联。结果显示,除体波外,熔石英—空气分界面上的损伤爆炸冲击形成了位于元件表面区域的瑞利波。元件后表面损伤形貌显示了符合瑞利波破坏特征的周向裂纹,且裂纹随累积发次增长快速扩张,体现了瑞利波对元件损伤增长的影响。