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蓝宝石和熔石英等光学材料具有优良的光学性能,在磁约束核聚变反应堆和高功率固体激光驱动惯性约束核聚变的一些关键应用中常被制作成电子绝缘体和光学元件/窗口。在辐照作用下光学材料不可避免地会遭受损伤,它们的微观结构、光学性质和激光损伤特性将会发生改变。基于光学元件在可控核聚变领域的广泛应用,研究这两种光学材料的辐照损伤及性能演变对于光学元件在特殊运行环境下的安全使用和服役寿命具有重要的指导意义。本论文采用氦离子、电子束和γ射线等手段辐照蓝宝石和熔石英样品,研究了辐照对它们的表面形貌、微观结构、光学性质和激光损伤特性的影响规律。具体的研究内容涉及以下几个方面:(1)室温下采用不同名义注量的氦离子辐照蓝宝石,研究了氦离子辐照对蓝宝石的表面形貌、光学性能和激光损伤特性的影响规律。结果表明,氦离子辐照后,蓝宝石中缺陷的数量和密度随注量的增加而增加;当注量超过1×1017 ions/cm2后,蓝宝石的表面粗糙度明显变大。此外,蓝宝石中还出现了两个新的宽吸收带,它们的吸收强度随着注量的增加而增加;位于330 nm处的发光带的强度随注量的增加而逐渐减小并趋于饱和;位于790 cm-1处的红外光谱峰随注量的增加发生了漂移和展宽。对氦离子辐照前后蓝宝石的激光损伤阈值的测试结果进行分析后发现,随着氦离子的注量增加,蓝宝石的激光损伤特性呈现出显著单调降低的规律。基于实验结果,对蓝宝石的激光损伤退化机理进行了分析。(2)对注量为1×1017 ions/cm2氦离子辐照蓝宝石的微观结构进行详细研究。结果表明,蓝宝石的(006)和(0012)衍射峰出现展宽且强度显著地降低了。采用高分辨率透射电子显微镜对蓝宝石的辐照区域和基体区域进行详细分析后发现,蓝宝石出现了部分非晶化现象;在辐照区域内的(003)和(110)方向存在大约4.5%的晶格膨胀,(110)方向还出现了大约4.6°的晶格畸变;同时还观察到产生了大量纳米级的氦泡和不同取向的微晶。此外,蓝宝石的激光损伤形貌由于氦泡的存在差异十分明显。(3)采用不同能量的氦离子连续注入蓝宝石并获得了一层均匀的掺杂氦原子,研究了掺氦原子对蓝宝石的形貌演化、光学性质和激光损伤特性的影响规律。结果表明,掺氦导致了蓝宝石的表面粗糙度变大,且蓝宝石的吸收强度也显著地增加。此外,掺氦还导致了蓝宝石的红外吸收峰发生了峰移和展宽。激光辐照后,掺氦蓝宝石的激光损伤阈值降低幅度高达40%;蓝宝石的激光损伤从原来的因应力效应造成的破裂损伤转变为以热效应为主的熔融损伤。(4)采用60 kW高功率脉冲电子束辐照高纯熔石英样品,研究了不同剂量的电子束辐照对其表面形貌、光学性质和激光损伤特性的影响规律。结果表明,电子束辐照后,熔石英由于热效应导致表面破裂,裂纹密度和尺寸随辐照剂量的增加而增大,且样品表面出现了大量的碎片颗粒。熔石英的吸收强度随电子束辐照剂量增大呈现先增加后减小的趋势,394 nm处出现微弱的吸收峰。激光损伤阈值测试结果表明,熔石英的损伤阈值随着辐照剂量的增加而降低。基于实验结果,对熔石英的激光损伤特性降低的机理进行了讨论。(5)采用γ射线辐照高纯熔石英样品,研究了不同剂量的γ射线辐照对熔石英的表面形貌、光学性质和激光损伤特性的影响规律。结果表明,不同剂量的γ射线辐照熔石英样品后,对其表面形貌影响不明显,这与电子束辐照熔石英的结果显著不同,究其原因是两种辐照机制的不同;熔石英的表面粗糙度随辐照剂量的增加略微增大。当辐照剂量达到5×105 Gy后,观察到215 nm处的吸收峰,其强度随辐照剂量的增加显著增强。激光损伤阈值测试结果表明,不同剂量对熔石英的激光损伤阈值分布影响较大;熔石英的激光损伤阈值随辐照剂量的增加显著地降低。本论文采用氦离子、电子束和γ射线等辐照手段来模拟受控核聚变的辐照环境,研究了不同剂量的辐照对蓝宝石和熔石英样品的表面形貌、光学性质和激光损伤特性的影响规律。研究结果表明,氦离子辐照对蓝宝石光学元件的激光损伤特性影响非常大;高剂量的电子束辐照将导致熔石英光学元件的表面发生灾难性的破坏而无法使用;γ射线对熔石英光学元件的激光损伤形貌影响相对较小。因此,高剂量的辐照将大大地缩短蓝宝石、熔石英等光学元件的使用寿命,这将极大地限制这些光学元件在工程中的应用。