一般来说，激光辐照下的光学材料损伤是一个极其复杂的过程，与光学材料本身的物理性质、化学性质、激光器的工作参数、光学材料的工作环境条件等诸多因素有关。而激光诱导光学元件损伤涉及激光与光学元件相互作用过程中包括光致电离、杂质吸收、非线性吸收、受激布里渊散射、激光自焦距、光学击穿以及激光等离子体等多种物理机制。而光致电离主要包括了多光子电离和雪崩电离。

雪崩电离机制雪崩电离主要是由雪崩初期种子电子的产生和高能自由电子密度使得雪崩建立。当种子电子与光学材料中的其它原子通过碰撞而电离产生出更多的自由电子，这个过程被称为逆轫致辐射吸收。当一个自由电子吸收了一个光子的能量后由基态进入到激发态，随后处于激发态的这个高能自由电子通过碰撞原子后电离出一个束缚电子，从而产生了两个具有较低能量的自由电子，被碰撞原子电离产生新的电子又会接着碰撞其它原子使其继续电离出束缚电子。在整个脉冲激光持续时间内，如此循环形成雪崩效应使得电离的电子数量在短时间内会迅速的倍增，即雪崩电离，而雪崩电离也被成为碰撞电离。在这种击穿过程中，逆轫致辐射提供了电子雪崩产生所需的能量，最终会产生击穿现象，产生了大量的等离子体。等离子体进一步吸收激光能量后可以将表面加热到非常高的温度，并增加内部压力以形成冲击波，进一步通过汽化的方式去除光学材料表面。雪崩电离的本质就是自由电子在强的激光电磁场作用下，加速高能自由电子与光学材料中的原子碰撞，并发生能量交换，使得原子中的束缚电子获得足够的能量而发生电离。

多光子电离机制多光子电离就是电子吸收两个或两个以上光子，其联合能量导致材料中原子光电离的过程。多光子电离相对于雪崩电离来说是一个较为简单的过程。一般情况下，基态的电子被泵浦到激发态只需要吸收单个光子的能量，这是对于光子的能量不低于光学材料的带隙。反之，当光子能量低于光学材料带隙的时，单光子吸收就不能发生。当入射光子能量约为光学材料带隙的一半或更小时，这时一个电子就可能同时吸收两个或多个光子而发生跃迁。多光子吸收是造成激光诱导损伤的主要原因，在强的激光作用下，基态电子通过吸收多个光子跃迁到激发态，而处于激发态的电子通过强的光电场加速作用或自由电子吸收进一步跃迁到更高能级，这些激发的高能自由电子与光学材料中的原子碰撞而电离出束缚电子，在超短的时间内产生更多的自由电子。大量没有弛豫的自由电子在晶体表面形成雪崩电离的等离子体。等离子体通过逆轫致辐射不断吸收入射激光能量进而引起光学材料的损伤。对于多光子电离，在低功率密度下发生的几率非常小。而只有在较短脉冲和较高功率密度下，多光子电离才能发生。

缺陷诱导光学材料损伤机制光学材料的表面缺陷和体内缺陷对激光的吸收是激光诱导损伤最主要的原因之一。在强激光辐照下，光学材料的性能发生改变，这可能与上述的某种机制有关，也可能是由于多重效应综合导致，多重的效应之间相互促进，进一步加速了光学材料的损伤。在强激光导致的光学材料的光损伤过程中，光学材料的缺陷（包括裂纹、划痕、残余应力、杂质颗粒、杂质离子、空穴、晶格错位等）起到了一个非常重要的作用。这些缺陷成为多种损伤的前驱体，并且很容易吸收激光能量，在较低激光辐照时引发材料的损伤。因此，这些损伤前驱体是导致激光损伤的诱因。在脉冲激光作用下，光学材料的缺陷通过相变膨胀和光学击穿效应成长为损伤中心点，后续的脉冲激光与该损伤点的持续作用进一步导致了该损伤区域的扩大，损伤区域快速扩大到一定程度以后，就会形成灾难性破坏，最终导致光学材料的损伤和报废。

激光诱导光化学和光热损伤机制不同波长的激光诱导光学材料损伤的机制具有很大的不同。对于低于材料光学带隙的长波长激光来讲的话，激光诱导的光学损伤主要是热效应而产生熔融损伤；而对于高于光学材料带隙的短波长的激光，它具有更高的光子能量，通过使材料中的化学键断裂而发生光化学反应。在相同的激光通量和脉宽条件下，激光的波长越短，光子能量就会越大，激光与光学材料之间的耦合作用会越强，这使得光学材料烧蚀的越充分，光学材料就会更容易的被去除。因此，在不同波长的激光诱导损伤下，短波长的激光与光学材料之间的相互作用主要是以光化学模式为主的光化学-光热共同作用方式，而长波长则是主要是以光热模式为主。在超短脉冲的飞秒激光辐照光学材料下，这种激光诱导的光化学反应将会更容易发生。

激光诱导相变和热应力损伤机制热效应的本质是原子的无规则运动。而激光诱导热相变的过程是光学材料中的电子吸收了激光的能量，并将能量传递给晶格，最后原子挣脱束缚力，发生结构相变。这其中，电子的电子-声子耦合是材料逐渐升温的特征步骤。当光学材料吸收了激光能量后被加热时，在激光辐照的空间区域有非均匀的温度场产生，而不同的温度场将会导致不同激光辐照区域产生不同的热膨胀，由于相互作用的约束使其并不能够完全自由胀缩而产生应力，这被称为热应力。激光辐照形成的热应力会出现类似于裂纹体的奇异性，这会进一步加剧激光的破坏效应

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