自18世纪衍射光栅发现以来，衍射光栅作为色散元件已经被广泛用于通信、天文学、化学、生物传感等领域。全息技术等一系列现代纳米制造工艺的革新推动了大尺寸、纳米级精细光栅发展，为高功率激光系统高性能脉冲压缩光栅的成功研制提供了重要保障。多层介质膜光栅(Multilayer dielectric gratings，MLDGs)具有高衍射效率和优秀的抗激光损伤特性，使其成为啁啾脉冲放大技术(Chirped pulse amplification，CPA)中关键的脉冲压缩光学元件。但是，高能拍瓦激光系统中承受激光功率密度最高的压缩光栅激光损伤问题，成为限制其能量提升的主要因素。膜层和光栅局部缺陷以及表面污染物是大口径光栅初始损伤的主要诱因。因此，本论文实验研究了中心波长1053nm MLDGs的皮秒激光损伤特性（初始损伤、损伤增长、污染物诱致损伤），结合相应的数值模拟结果分析了激光损伤诱发机理和损伤增长机理。具体开展了以下几个方面的研究工作:　　首先，实验研究了MLDGs的初始损伤特性。S/1损伤阈值随着发次的增加而逐渐降低，其中1/1和20/1激光损伤阈值(Laser induced damage threshold，LIDT)分别为3.79J/cm2和3.06J/cm2。初始损伤形貌主要为针点类型损伤，其位置在光栅脊条的背光面，与入射光方向相反，与光栅近场强区分布相一致。随着激光通量的增加，针点状损伤点数目增加。相同激光通量下，针点类型损伤数目和尺寸随着激光脉冲发次增加而增加。与光栅高反膜损伤形貌相比较，初步判断光栅的针点状损伤诱因与膜层的缺陷密切相关。　　其次，实验研究了皮秒激光诱致光栅损伤增长行为。实验测试获得损伤增长阈值为2.43J/cm2，小于20/1损伤阈值3.06J/cm2。当初始损伤发生以后，损伤区域面积随着激光脉冲发次的增加而线性增加，最终达到饱和状态。损伤区域质心随着激光发次的增加逐渐偏离光斑中心，这说明在激光入射方向上损伤点区域的增长过程是非对称的。在激光入射方向上损伤点面积的增加速率是其在相反方向上增加速率的1.8倍，这与数值模拟结果一致。因此，损伤增长的不对称性是由损伤点对入射光的电场调制不对称性导致。　　基于光栅损伤增长的饱和特性，提出了两种基于饱和损伤面积的损伤增长阈值测试方法。将某一损伤增长通量下获得的饱和损伤点轮廓与这一通量的光斑轮廓对应，损伤点边界位置对应的通量位置即为光栅的损伤增长阈值，这种方法称为“单通量饱和损伤尺寸分析方法”。同时，实验中不同通量下，相同初始损伤点最终的饱和损伤点尺寸是不同的。在半对数坐标中，不同通量下饱和损伤点面积与通量对数满足线性关系，线性拟合曲线外延与横轴交点为光栅的损伤增长阈值，这种测试方法称为“多通量饱和损伤尺寸分析方法”。虽然，损伤增长过程是非对称的，且最终饱和损伤点也是非对称的，但是通过以上两种测试方法获得的不同轴上的损伤增长阈值结果基本相同，同时也与采用损伤增长概率方法获得的损伤增长阈值结果完全一致。文章中也对两种测试方法的基本原理与优缺点进行分析，并与损伤寿命阈值进行了对比分析。　　最后，实验研究了金属、聚合物、灰尘等运行环境中常见颗粒污染物对于光栅损伤的影响。结果表明污染物显著降低光栅元件的损伤阈值，SEM微观损伤形貌表明其诱发光栅损伤机理主要是热吸收熔融导致材料破坏。获得了不同脉冲通量下，不同尺寸的污染物颗粒诱发光栅损伤规律，绘制出相应的运行负载曲线。真空运行环境下光栅的平均运行通量在1.3J/cm2左右，污染物颗粒尺寸应该控制在50μm以下。　　高功率拍瓦激光系统内使用的都是米级光栅，且运行环境为真空。本论文研究了光栅的皮秒损伤规律，初步判断了针点状光栅损伤的诱因，为提高光栅损伤性能提供了重要基础;研究了皮秒激光诱致光栅损伤增长规律和污染物诱致损伤规律，为洁净控制和大口径光栅寿命判断提供了关键数据。总之，本论文研究对于提高高能皮秒拍瓦系统负载能力具有重要的应用意义和价值。