强激光诱导光学元件的损伤是制约包括ICF激光驱动器在内的强激光系统向更高更强发展的最大瓶颈,受经济效益和技术发展的驱使,这也将是一个持续的挑战。损伤形貌是损伤机制的外在体现,激光辐照过程中等离子体和冲击波的产生与发展是损伤及损伤增长的主要原因,研究强激光诱导光学元件损伤的形貌,研究损伤过程的超快动力学特征,分析强激光诱导光学元件损伤的规律,有助于我们理解激光诱导元件损伤的物理内涵,掌握损伤的物理机制和物理规律,对改进光学元件的加工工艺,增加光学元件的使用寿命,降低高能激光系统的运行成本和提高负载能力有现实意义。本论文涉及对多个波长的纳秒激光诱导光学元件损伤的实验研究。主要思路是从实验定性研究1064nm、532nm和355nm三波长的纳秒激光诱导光学元件的初始损伤及损伤增长出发,结合超快时间分辨阴影成像技术,获取了熔石英光学元件前后表面和体内的等离子体、冲击波的产生与发展过程的时间分辨图像,分析了纳秒激光诱导光学元件损伤的规律和机制。本论文简述了高功率激光与物质相互作用理论,综述了强激光诱导光学元件损伤的物理机制,实验分析了初始和损伤增长的规律和特点,据此分析了提高光学元件抗激光损伤能力的方法和途径。纳秒激光作用下,光学元件使用和加工过程中残留于表面和亚表面的各种缺陷是导致强激光辐照下元件损伤的直接原因。强激光诱导光学元件损伤是一个涉及光热、光化学、光声、光电、等离子体和冲击波、激光参数和材料性质等众多物理效应和参数的复杂过程,主要的损伤机制有：划痕、裂纹、杂质等缺陷吸收引起的热力学损伤,裂纹对激光场的调制导致局部场强增强引起的光学击穿,受激布里渊散射激发超声波引起的损伤,非线性自聚焦引起的损伤,任何一次损伤实际都是多种机制共同作用并相互促进的结果,这些作用过程都发生在很短的时间内,这增加了我们研究和掌握损伤规律的难度。实验研究了1064nm、532nm和355nm三个波长的激光分别对光学元件前、后表面和体内的初始损伤和损伤增长,研究了三个波长两两同时辐照下光学元件的损伤行为,比较和分析了各波长激光对光学元件的初始损伤和损伤增长规律和机制。研究结果表明：表面和亚表面缺陷是纳秒激光辐照下光学元件损伤的最主要原因,等离子体和冲击波在材料体内和空气中的产生与发展的不同导致了前后表面的损伤规律的巨大差异；对应于不同的激光波长,裂纹和以及损伤坑内材料对激光的吸收差异是损伤增长差异的主因,实验结果表明可见光和紫外激光辐照下的熔石英玻璃的体内成丝损伤也与点缺陷有关。对应于不同的激光波长,吸收杂质的种类和数密度差异巨大,恰当的激光辐照预处理能够提高元件对后续激光辐照的的损伤阈值；但在紫外激光辐照下,多脉冲的损伤累积效应明显。在两个波长的激光同时辐照下,杂质和缺陷先被短波长激光电离,产生少量的自由电子,这些自由电子对后续激光无选择的强吸收,极大的增强了总的吸收效率,降低了损伤阈值,增大了损伤程度。采用超快时间分辨阴影成像技术,本文研究了纳秒激光辐照损伤熔石英光学玻璃前、后表面和体内的动力学过程,实验观察了前后表面的空气和材料中等离子体和冲击波的差异,对比分析了前后表面和体内的损伤差异及损伤机制。在前表面,由杂质吸收产生的初始等离子体位于空气中,等离子体对激光能量的强吸收对后续激光形成屏蔽效应,使前表面空气等离子体中积累了大量的能量,元件表面损伤以高温等离子体的表面烧蚀为主,材料破坏不严重。在后表面,由于初始等离子体产生于元件表面的材料体内,等离子体的屏蔽效应增加了激光能量在材料中的沉积,材料中等离子体聚集的能量通过爆炸释放,爆炸产生的冲击波和等离子体高温烧蚀是后表面损伤的主要机制,同时伴随着烧蚀物质的喷发去除。在材料内部,通过对损伤区域等离子体和冲击波的观察和分析表明体内损伤主要自聚焦和点缺陷吸收两种机制主导,而且点缺陷吸收诱导材料体内损伤从焦点开始沿着激光入射逆方向的点燃时间存在先后顺序。另外,等离子体膨胀、冲击波传播及其与界面的相互作用、物质去除等过程在材料中产生了复杂的应力波,这些应力波虽然没有对材料产生明显的破坏,但对其产生机理和特点的分析,将有助于更深入的理解强激光与材料相互作用机制。