随着激光技术的发展和高功率激光的应用，对光学薄膜的抗激光损伤能力的要求越来越高。薄膜是由沉积在确定基体上的按照一定规律叠合的平行平面材料组成，其厚度为波长量级，呈多孔的柱状生长方式，柱的直径约为几纳米到几十纳米不等[2]。其表面相貌和结晶结构既与薄膜材料有关，更取决于薄膜的制备工艺以及薄膜特有的表面效应；膜层之间以不同的方式连接形成微观结构和宏观性质都很不同的界面。无论从结构还是材料性质来看，薄膜不仅有别于体材料及其表面，而且受到多种因素的影响。不仅如此，由于薄膜激光损伤是薄膜与强相干辐射相互作用的结果，在强相干辐射作用下薄膜具有许多难以用经典薄膜光学理论进行解释的新行为[3]。正是由于光学薄膜在激光系统中的重要地位和其自身的特点，光学薄膜的激光损伤问题已成为全世界众多科研工作者从事的热门研究课题，研究测定和提高光学薄膜元件的抗激光损伤能力显得尤为重要。文献综述

1.2  研究进展

1.3  本文的主要研究工作

高功率激光与薄膜相互作用的过程可以归纳为薄膜吸收激光能量的热效应和激光的场效应。热效应主要考虑薄膜吸收激光能量，将之转化为热量，从而引起薄膜的损伤；场效应主要从激光的电磁特性出发，考虑激光电场对薄膜的损伤。

光学薄膜的本征吸收造成激光在薄膜中的能量沉积，进而升温至临界温度产生破坏；即便对于本征吸收可以忽略的透明薄膜，雪崩电离、多光子吸收和杂质吸收模型成为主要的损伤机制，但最终也可以归结为温升导致的熔融或者热应力损伤，因此从宏观的热力学角度对薄膜进行温度场计算，进而研究薄膜的损伤现象是一种比较可行的薄膜激光损伤分析处理手段[3]。

不论从结构还是从材料性质来看，薄膜不仅有别于体材料及其表面，而且受到多种因素的影响。光学薄膜有多种多样的光学性质，它们在激光系统中具有不同的功能，导致了破坏过程的千变万化，因而激光对薄膜的破坏不仅与薄膜的材料结构有关，而且与薄膜的膜系结构有关，必须从多个方面进行考察和分析。

本文基于温度场理论和有限元方法，不仅对TiO2单层膜的激光辐照温度场进行了模拟计算，计算了不同厚度以及不同材料参数（折射率、热传导率、比热及消光系数）的薄膜元件的损伤温度场，还计算分析了不同结构薄膜（如高反膜、增透膜）在ms和ns脉宽激光辐照下的驻场波和温度场分布，总结了它们的损伤特性差异，分析ms及ns脉宽激光辐照薄膜损伤的不同特点，进而为长短脉冲激光应用及对应抗损伤薄膜元件的设计提供参考。

2  激光与光学薄膜相互作用的理论描述

2.1  激光与光学薄膜相互作用的热效应

    热效应主要是考虑到激光束是具有能量的粒子束，即光子能量为 ,而且作用激光波长越短，每个光子所具有的能量越大。因而在激光的作用下，薄膜上必有光能量的沉积，从而产生热，若激光能量很高，则热作用更为明显并将导致薄膜的损伤。来~自^优尔论+文.网www.youerw.com/

2.1.1  光学薄膜对激光的吸收过程

设薄膜的吸收比为 ，入射激光能量为 ，则通过厚度为 的薄膜后，剩余激光能量为：

                            (2.1)

对应膜层的吸收能量为：

                        (2.2)

在此能量下，薄膜将产生热，进而在热的作用下膜层可能会液化或气化。设气化厚度为 的膜层所需激光能量为：