惯性约束聚变高功率固体激光装置研制对大口径光学元件提出了全频段精度控制指标要求, 以及高效率、批量化制造需求。本文围绕“超精密、确定性”强激光光学元件全流程制造方法, 总结了近几年大口径强激光光学元件超精密制造技术取得的重要进展, 重点介绍了单点金刚石超精密切削技术、非球面超精密数控磨削技术、确定性抛光技术等一系列关键技术, 以及相关工艺及装备在强激光光学元件批量制造流程线中的应用情况。

针对非球面光学元件加工对圆弧金刚石砂轮形状误差测量的需求，提出了砂轮三维几何形貌在位检测与误差评价方法。建立了砂轮外圆面螺旋扫描轨迹测量数学模型，利用位移传感器获取了砂轮表面轮廓数据；对得到的数据匀滑滤波后沿圆周展开并进行插值处理，得到砂轮三维几何形貌。然后，根据非球面平行磨削加工特点，提出评价圆弧砂轮形状精度的指标。通过提取三维几何形貌轴截面轮廓，进行最小二乘圆弧拟合得到不同相位处的圆弧半径与圆心坐标，并由误差分离获得砂轮表面圆弧的圆度误差、圆周跳动误差及轮廓圆心轴向偏差。最后，对非球面加工圆弧金刚石砂轮进行检测，获得了砂轮的三维几何形貌以及多个关键尺寸及其误差数据： 即圆弧金刚石砂轮的平均圆弧半径为55.442 3 mm，半径波动极差为0.16 mm，中央±8 mm环带内圆弧的圆度误差约为5 μm，圆周跳动误差约为2 μm，截面轮廓圆心轴向位置相对偏差为0.008 mm。根据检测结果，进行了大口径复杂非球面磨削实验，得到的元件面形P-V值为4.62 μm，RMS值优于0.7 μm，满足工程的实际需求。

研究了磷酸二氢钾(KDP)晶体飞切加工过程中温度场的分布, 探索了切削温度对KDP晶体切削过程的影响。首先, 采用热力耦合有限元分析对KDP晶体切削过程进行了仿真, 获得了不同切削深度下材料内部温度场的分布。分别使用飞切机床和纳米压痕仪在不同速度下切削KDP晶体, 发现不同切削速度下形成的切屑的微观形貌存在显著差异, 分析指出这可能是由于在不同切削速度下切削区域温度差异导致的。最后, 对低速加工过程中获得的切屑进行加热试验, 并观测了不同温升条件下切屑微观形貌的变化。飞切加工仿真实验显示: 当切深为200 nm时, 切削区域的温度达到110 ℃; 而实际实验结果表明: 当温度超过100 ℃时, 切屑的微观形貌会发生明显变化。综合仿真及实验结果可知: 在KDP晶体飞切加工过程中切削区域的温度将超过100 ℃, 因此在对KDP晶体切削机理进行研究时, 必须考虑温度对材料力学性能及其去除过程的影响。