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随着皮秒及亚皮秒脉冲激光在科研生产中被广泛应用,光学元件的激光损伤问题成为了影响高功率激光系统安全可靠运行的一个重大问题。与以往研究的纳秒及以上脉宽不同,在皮秒及亚皮秒脉宽下的超短脉冲激光损伤主要以场效应损伤为主,在损伤机理方面有待深入研究。 本文首先介绍国内外有关激光损伤问题的研究,认为现有的损伤阈值转换定律在超短脉冲领域还存在不足,非金属材料的激光“冷加工”还有待研究。然后,结合GB/T16601-1996,对影响损伤情况的激光特性及光学元件特性进行了介绍。最后,通过导带电子密度增长速率方程,结合Thornber雪崩电离模型、Keldysh光致电离模型和改进后的电子空穴复合模型,以临界电子密度为损伤判定标准,利用MATLAB软件仿真计算,分析了皮秒及亚皮秒脉冲激光的损伤机理及一些影响损伤的激光特性(脉宽、波长、重频、初始电子密度和峰值功率密度)。 主要结论,1)存在一个获得相对最大雪崩电离速率的最小峰值功率密度;2)脉宽越短,损伤阈值越低,且随着脉宽逐渐缩短,雪崩电离在激光损伤中的主导作用逐渐被光致电离所取代;3)损伤阈值随波长缩短而减小,且越接近通光截止波长,减小趋势越明显;4)随着脉宽逐渐增长,峰值功率密度变化对损伤影响越加明显。以上结论将有助于,对皮秒及亚皮秒脉冲激光损伤问题以及皮秒激光“冷加工”非金属材料的研究。本文得到的新脉宽转换定律及波长转换定律,将使光学元件的激光损伤阈值转换更为便捷有效,进而有利于激光器的安全可靠运行。