激光核聚变工程领域中采用了大量二氧化硅光学材料作为高功率激光“点火装置”的光学元件,如熔石英元件、二氧化硅化学膜等。这些光学材料在实际使用过程中,由于强激光及核聚变过程中产生的各种射线（中子束、伽马射线等）的辐照,普遍存在着物理性能退化的问题。二氧化硅光学材料的辐照退化问题是目前限制高功率固体激光装置发展的核心问题之一。本论文基于有限差分、分子动力学和第一性原理方法系统研究了三倍频紫外激光、高能中子束与伽马射线对二氧化硅光学材料（熔石英与溶胶-凝胶法制备的多孔隙二氧化硅化学膜）的辐照效应。本论文的主要研究内容和结论如下:1.紫外激光辐照诱导的熔石英元件氧缺失和物性退化研究。研究了三倍频紫外激光（波长355 nm）辐照导致的氧缺失对于熔石英微观结构、热学、力学和光学性质的影响。分析了氧硅比例变化对于键角分布、配位数、环尺寸等结构特征的影响,以及氧硅比例与热学、力学和光学性质之间的变化规律。研究结果表明:（1）微观结构方面,氧缺失将引发结构中环结构的断裂与生成,并导致键角分布明显减小,结构密度下降。同时氧缺失降低了硅原子平均配位数,缺氧缺陷含量明显增加;（2）热力学方面,氧缺失会降低弹性模量和热导率,引发热力学性能退化;（3）光学性质方面,氧缺失导致吸收光谱中出现三倍频吸收且吸收强度随着氧缺失加剧而增强。通过对不同氧缺失情况下熔石英电子结构的计算证明了氧空位缺陷可以引起熔石英带隙明显变窄和对三倍频紫外激光的增强吸收。该研究找到了一个熔石英潜在的三倍频吸收源。同时计算结果表明氧离子注入可以修复熔石英元件表面的缺氧缺陷和提升损伤阈值。2.熔石英的紫外激光辐照热效应和损伤研究。利用改进的吸收波前模型研究了熔石英元件由氧空位吸收（氧硅比例下降）引起的紫外激光辐照热效应和对应的三倍频损伤规律。研究结果表明:（1）在激光脉宽为5 ns,入射激光能量达到8.5 J/cm~2时,熔石英表面温度快速升高（超过10000 K）,产生明显吸收波前和损伤。损伤区域表现为表面半径为900 nm,深度半径为400 nm的半椭球坑形区域;（2）通过调整激光参数,发现辐照激光脉宽的缩小会明显降低熔石英表面损伤阈值。此外,激光能量密度的提升会增加损伤区域的表面半径和内部深度。但是表面半径上升幅度大于内部深度;（3）环境温度的降低可以有效提升损伤阈值并控制表面损伤半径。但是损伤坑深度变化则相对较小。（4）氧缺失（氧硅比例＜2）会降低熔石英的损伤阈值。无缺陷熔石英损伤阈值为90 J/cm~2。氧硅比例下降至1.60时,损伤阈值仅有7 J/cm~2;氧过量能维持熔石英损伤阈值在45 J/cm~2以上。该研究表明了氧空位缺陷引起的三倍频吸收会导致熔石英表面产生极端高温并降低损伤阈值,并且氧注入能够有效修复和提升熔石英损伤阈值。3.二氧化硅化学膜的中子辐照效应研究。利用构建的中子辐照作用模型研究了中子辐照导致的二氧化硅化学膜的微观结构演变及相关热学、力学、光学性质的变化规律。研究结果表明:（1）中子辐照导致化学膜微观结构发生改变,配位缺陷数量上升,结构密度上升;（2）中子辐照破坏了Si O2四面体的紧密堆积,导致弹性模量和热导率下降;（3）中子辐照导致化学膜带隙变窄。折射率增加以及引起明显的三倍频紫外激光吸收进而导致三倍频激光透射率下降;（4）不同孔隙率化学膜的中子辐照效应对比表明,低孔隙率化学膜的结构变化小,热力学和光学性能退化幅度低,具有更好的抵抗中子辐照能力。此外,研究显示中子辐照会明显退化二氧化硅化学膜的热力学性能,并使得二氧化硅化学增透膜对三倍频紫外激光的减反能力严重衰退。4.二氧化硅化学膜的伽马辐照效应研究。利用构建的伽马辐照作用模型研究了伽马射线辐照对二氧化硅化学膜的微观结构及热学、力学、光学性质的影响规律,还从微观结构和物理性能两个方面对比研究了不同辐照剂量下的中子/伽马辐照的作用效果。结果表明:（1）与中子辐照效应类似,化学膜在伽马辐照下微观结构发生明显变化,缺陷数量增加,热力学和光学性质都产生退化,但伽马辐照退化程度小于中子辐照;（2）低孔隙率化学膜在伽马辐照后微观结构变化较小,热力学和光学性能退化幅度低,具有更好的抵抗伽马辐照能力;（3）随着辐照剂量增加,中子辐照剂量增加导致弹性模量下降和泊松比上升,化学膜出现软化现象。伽马辐照导致仅弹性模量下降,泊松比基本不变。中子和伽马辐照剂量增加都会降低热导率。但是伽马辐照下热导率的下降存在收敛值,而中子辐照在本文计算的剂量范围内没有该现象;（4）光学性质的计算结果表明,随着剂量增加,伽马辐照对化学膜折射率影响较小,在一定剂量范围内可以保持较高的三倍频透射率和较低的三倍频光学吸收。中子辐照增加了化学膜的折射率和对三倍频激光的吸收,导致化学膜的三倍频透射率严重下降。研究显示伽马射线辐照有一个明显安全剂量阈值。