激光辐照实验中经常可以观察到各种周期性条纹结构,一种周期突破光衍射极限的具有类似光栅结构的亚波长周期性条纹,引起了研究者们的广泛兴趣。这种条纹目前只在飞秒及少数皮秒激光烧蚀试验中被观察到,由于纳秒激光辐照材料损伤是热作用主导的,普遍认为纳秒激光不能刻蚀出亚波长条纹结构。但是在溶胶凝胶法制备的二氧化硅颗粒结构中,通过纳秒激光辐照,实现了亚波长条纹结构的刻蚀。该工艺的实现将亚波长条纹的激光刻蚀拓展到纳秒激光范围,将有助于促进亚波长周期性条纹激光刻蚀加工产业化的进程。基于实验现象,本文结合纳秒激光损伤机理,借鉴飞秒激光刻蚀理论,根据经典的麦克斯韦方程,建立了纳秒激光刻蚀亚波长条纹的理论分析模型。重点分析激光场分布在损伤过程中的变化情况,尤其是损伤微坑形貌与尺寸发展对激光场分布的实时影响。通过有限元分析软件COMSOL模拟了不同薄膜结构和不同激光波长下,亚波长条纹形成过程中薄膜的激光场分布。分析了不同薄膜结构,不同激光波长下,亚波长周期性条纹的微观结构及条纹周期,初步探索了纳秒激光之所以能够刻蚀出亚波长周期性条纹的机理。亚波长条纹结构形成的初期,颗粒结构起了很重要的作用。在激光辐照下,颗粒结构的介电常数会发生变化,同时由于颗粒散射作用促使局域表面等离子体的形成,并诱导形成周期性的场分布。这种周期性的场分布刻蚀玻璃基,在玻璃基上形成周期性凹槽。凹槽形成之后,光栅辅助的SP-laser干涉是主导的机制。整个过程中条纹周期主要取决于入射激光的波长和材料的介电常数。数值模拟结果表明,纳秒激光辐照所形成的条纹结构中：1)多孔Si02结构在纳秒激光辐照初期能够形成局域的强场分布；2)条纹结构形成的初期,颗粒的尺寸对激光场分布的影响不是很大；3)纳秒激光形成的条纹结构取向基本一致,且垂直于偏振方向,并且所形成的条纹周期与入射激光的波长有直接的联系；4)条纹结构的周期与材料的介电常数有关,而材料的介电常数与材料的电离度有关,也就是说条纹结构的周期取决于激光的能量密度。本文研究的结果对强激光材料学科的发展有一定的促进作用,同时对实际生产中纳秒激光刻蚀亚波长条纹结构的工艺参数,如激光刻蚀工艺参数、薄膜结构有一定的指导意义。