1. 研究目的与意义（文献综述）

在物理，化学和机械纳米加工技术中，激光辅助纳米加工技术是非常有效和环保的[1]。在激光烧蚀中，激光诱导的周期表面结构出现在不同照射条件下的各种材料中[2-4]。在飞秒激光出现之前，使用长脉冲或连续激光来获得大周期的波纹。在过去的十年里许多提供超高强度光束的大型激光设备一直在迅速发展。 1985年由stickland和mourou [5]引入的啁啾脉冲放大（cpa）技术已应用于这些激光系统[6]。这种技术强烈地影响了激光领域，并大大促进了飞秒脉冲的发展。啁啾脉冲放大技术是实现高强度短脉冲激光主要方式，该技术将超短激光脉冲先用光栅展宽，再用传统技术放大，最后用光栅进行压缩，从而获得高功率的短脉冲。脉冲压缩光栅的高衍射效率和高损伤阈值一直是发展更高能量、更大功率的激光系统面临重大挑战。最初应用在啁啾脉冲放大系统中的脉冲压缩光栅是镀金光栅，其衍射效率理论上能达到95%[7]。但由于金属光栅固有的吸收特性，导致其激光损伤阈值不可能很高。1995年perry等人开始了多层介质膜光栅（multilayer dielectricgr grating，mdg）结构的理论和实验研究[7]，金属多层介质光栅（mmdg）具有高衍射效率，宽带宽和高抗激光损伤性，被认为是大型飞秒激光设备中使用的下一代脉冲压缩光栅（pcg）[8]。

高功率大能量激光装置中, 光学元件的激光损伤阈值一直是其技术发展的瓶颈因素之一。为了研究和测量光学元件的激光损伤, 国内外对激光损伤阈值测量规范和装置进行了大量研究。光学元件的激光损伤是限制高功率激光器激光能量输出的关键因素。因此, 对于高功率激光器的建造( 如美国的 nif) 、光学元件激光损伤阈值的准确测量显得极为重要, 是保证光学元件品质及激光建造成功的关键[9]。

过去实验表明镀金光栅的损伤阈值明显小于表面均匀的金膜[10]。这是因为光栅结构会导致激光场的分布不均匀以及温度和应力场的集中分布[11]。镀金光栅的损伤具有不同的脉冲宽度或不同的能量密度激光照射引起的不同形态[12]。对镀金光栅的激光损伤机制的分析通常是基于电磁场分布。而电磁场分布由光栅结构，激光波长和激光入射角决定[13]。不同的激光诱导损伤现象不能仅根据电磁场分布来解释，还要通过激光脉冲引起的光栅温度场和应力场分布来分析[14]。电磁-热-应力理论专门研究电磁场、热场与弹性场之间的耦合，即研究电磁场、热场和应力场的相互作用[15]。电磁场对变形场的作用是由运动方程中的洛仑兹力引起。弹性场会影响磁场的强度、磁弹性波和电磁波的传播速度与相位，具体表现在欧姆定律中多了电流密度增长项，而且该项取决于变形物体在磁场中的速度[16,17]。变化的电磁场在导体中产生涡流，激发热场作用于介质，产生热应力。热作用于介质又影响变形，弹性场对热场的影响主要表现在热传导方程中多出了应变率项。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1．文献调研，了解脉冲压缩光栅的研究进展，以及光学元件激光损伤的研究进展；

2．理解光栅的工作原理，电磁-热-力多场耦合计算的原理；

3. 研究计划与安排

第01-03周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需软件、材料参数。确定技术方案，并完成开题报告。

第04-05周：按照设计方案，进行初步建模计算，得到初步计算结果。

第06-12周：优化计算模型，使其更接近实际，完成所计划全部工作。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] zhilin xia et al, the mechanism and process of nanosecond pulsed-laser inducedsub-wavelength periodic ripples on silica films, applied surface science 337 (2015)：151–157.

[2] z. guosheng, p. fauchet, a. siegm an, grow th of spontaneous periodic sur- face structures on solids during laser illum ination, phys. rev. b 26 (1982)：5366–5381.

[3]r. le harzic, m. menzel, s. henning, cross-sectional study of high spatial fre- quency ripples perform ed on silicon using nanojoule fem tosecond laser pulses

at high repetition, appl. surf. sci. 305 (2014) ：670–673.