单晶硅是良好的半导体材料,可以做光电子器件的基底材料和导电材料,一旦损坏便会导致器件不能正常使用。单晶硅在激光的作用下易发生断裂、熔融、烧蚀等损伤。主要原因是单晶硅材料吸收激光能量,使其内部温度分布不均,产生热应力所造成的。因此本文针对长脉冲激光作用单晶硅的热应力损伤过程开展了如下研究:理论方面,基于热传导理论、弹性力学理论,建立长脉冲激光与单晶硅相互作用的二维轴对称仿真模型。对脉宽3ms,能量密度分别为124.21J/cm2、159.23J/cm2、222.93J/cm2、254.78J/cm2、286.62J/cm2时单晶硅中心点、轴向、径向的温度变化进行分析,得到单晶硅温度场随着能量密度和脉冲宽度的变化规律;对脉宽3ms,能量密度分别为7.96J/cm2、10.75J/cm2、15.13J/cm2时,单晶硅的轴向应力、径向应力进行分析,得到单晶硅应力场随着能量密度和脉冲宽度的变化规律。实验方面,搭建长脉冲激光作用单晶硅温度损伤的实验系统,得到单晶硅材料表面的温度场随激光能量密度及脉冲宽度的变化规律。采用马赫-增德尔(Mach-Zehnder)干涉的方法,搭建长脉冲激光作用单晶硅在线应力损伤的实验系统。同时,利用高速相机和光学干涉系统,将材料表面的形变转换为干涉条纹的变形,将干涉条纹结果进行换算,得到应力应变的对应关系,进而得到单晶硅应力场随着激光能量密度及脉冲宽度的变化关系。将实验中得到的温度场、应力场与仿真中得到的温度场、应力场进行对比分析。可知脉宽固定时,实验与仿真中的温度场、应力场均随着能量密度的增加而增加;能量密度固定时,实验与仿真中的温度场、应力场均随着脉宽的增加而减小,实验与仿真具有相同的变化规律。开展激光诱导单晶硅损伤形貌的实验研究,得到单晶硅的损伤深度,损伤面积随激光能量密度和脉冲宽度的变化规律,并对单晶硅表面产生的断裂、熔融、烧蚀、等现象进行分析。