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高功率激光系统的迅速发展需要高质量的光学薄膜，这些薄膜的生长强烈依赖于清洁光滑的基底。基底经过光学加工后，其亚表面层通常会出现各种缺陷。亚表面缺陷可能会导致激光辐照下局域场增强，使得光学材料的抗激光损伤阈值降低，同时也是高功率激光系统灾难性破环的主要来源之一，已引起有关研究人员的高度重视。亚表面缺陷的快速检测和表征、发展消除亚表面缺陷的表面改性技术、亚表面缺陷降低材料激光损伤阈值的机理等等已成为该领域的核心课题。本文围绕该领域内的一些核心问题，分别从以下几方面开展了基础性研究：
应用非均匀膜理论建立了介质基底的折射率分层模型。将表面层和亚表面层分别等效为非均匀介质膜，体材料层当作理想基底，利用光学薄膜特征矩阵法实现了分析与计算。结果表明基底表面和亚表面缺陷改变了薄膜和基底的组合导纳，因此薄膜光学性能偏离理想情形(即基底无微缺陷)，偏离程度与入射光的波长、偏振态、入射角、亚表面缺陷的深度、折射率不均匀性和折射率统计分布、薄膜和基底体折射率相对大小有关。
建立了Rayleigh和Mie近似下的亚表面缺陷偏振光散射理论体系，将MonteCarlo法应用于随机亚表面缺陷的散射研究。引入了亚表面缺陷的散射概率，亚表面缺陷的大小、折射率和位置的统计分布函数，得到Jones散射矩阵、双向反射分布函数、Muller矩阵和Stokes参量。研究发现两个散射偏振因子qppsub和qpptopo可用于区分亚表面缺陷和表面粗糙度散射；双向反射分布函数、散射光强度和偏振度强烈依赖于入射光偏振态、入射角、散射角和方位角，关于方位角呈180°对称；亚表面缺陷和表面粗糙度的总积分散射对入射光波长和入射角的依赖性明显不同；亚表面缺陷的大小、折射率和位置的统计分布，缺陷密度以及基底折射率对双向反射分布函数和总积分散射均有显著影响。该项研究将为亚表面缺陷的偏振光散射测量和表征提供理论指导。
研究了亚表面裂纹和纳米级吸收杂质可能导致材料激光阈值降低的机理。分析认为若亚表面层嵌入的吸收性杂质较少，则亚表面裂纹导致的局部场增强不足以造成激光损伤，而当亚表面杂质较多时吸收增强和局部场增强会导致激光损伤；强吸收性纳米级亚表面杂质可能会导致明显的局部温升、引起热爆炸，杂质大小、吸收系数、比热和热导率等热物性参数、激光辐照的功率密度、脉宽均影响温升。
离子束刻蚀后熔石英基底的355nm激光损伤阈值显著提高，这是因为离子束刻蚀技术能有效减少基底的强吸收性亚表面杂质。该技术将为基底和薄膜激光损伤阈值的提高开辟新途径。此外，适当降低离子束能量和束流大小可以抛光基底表面。