针对355 nm激光作用于熔石英光学元件后其损伤阈值容易变差的问题, 提出使用1.7%纯HF溶液和0.4%HF与1.2%NH4F混合的BOE溶液对样品进行处理来提高它们的激光诱导损伤阈值(LIDT)。在相同的条件下将熔石英光学元件浸没到上述两种不同的刻蚀溶液中进行处理, 通过测量刻蚀过程中元件重量变化来计算刻蚀速率, 利用Zygo轮廓仪测试元件表面粗糙度, 然后对355 nm激光照射下熔石英元件的损伤阈值情况进行研究。损伤测试表明, LIDT与元件的材料去除深度有关系, 用两种刻蚀液刻蚀去除一定深度后, LIDT均有增加, 但是进一步去除会显著地降低元件的LIDT。在处理过程中, 这两种刻蚀液的去除速率都很稳定, 分别为85.9 nm/min和58.6 nm/min左右。另外, 元件表面的粗糙度会随着刻蚀时间的增加而变大。在刻蚀过程中还通过纳米技术测量了熔石英元件表面的硬度及杨氏系数, 不过没有证据表明其与激光诱导损伤有明确的关系。

对传统的静态刻蚀方法进行了改进,提出了一种光学元件兆声辅助化学刻蚀新方法,并对传统静态刻蚀与兆声辅助化学刻蚀效果进行了对比分析,综合考虑刻蚀液的配比、刻蚀时间、添加活性剂种类和功率对光学元件激光损伤阈值的影响,通过正交设计实验优选出最佳的兆声辅助化学刻蚀工艺参数。结果表明：兆声清洗对各类杂质的去除效果要明显好于手工擦洗,兆声辅助化学刻蚀比传统的静态刻蚀有更高的刻蚀速率,在兆声的作用下刻蚀液能够进入到传统静态刻蚀难以进入的微裂纹中,对微裂纹等缺陷的刻蚀效果更为明显,能够将熔石英元件激光损伤阈值进一步提高。

重点分析了非球面元件磁流变加工的动态稳定性影响因素。设计了非球面元件的自动装调定位系统，提高了装调精度。采用一种拟合光栅式加工的新方法来验证其效果，通过测量元件表面形成的直线沟壑深度、宽度波动比例来评价去除的动态稳定性。在400 mm×400 mm口径的方形非球面元件上进行面形收敛验证实验，波长λ为632.8 nm时，加工后的透射波前误差PV值达到0.331λ，低频透射波前梯度误差GRMS值达到了0.008λ/cm。

针对传统单磨头磁流变抛光技术的不足，提出了一种新的双磨头磁流变抛光方法，并研制了一台八轴数控双磨头磁流变抛光机，具备了大口径平面、非球面及连续位相板的超精密、高效率加工能力。分别研究了大、小磨头材料去除特性及面形修正能力，不仅获得了稳定、有效的大、小抛光斑，而且获得了超精的大、小平面工艺样件。50 mm小平面经小磨头一次连续抛光，在45 mm内其面形精度PV由0.21 λ收敛至0.08 λ、RMS由0.053 λ收敛至0.015 λ；430 mm×430 mm大平面经大磨头3次迭代抛光，在410 mm×410 mm内其面形精度PV由0.4 λ收敛至0.1 λ、RMS由0.068 λ收敛至0.013 λ。由此表明，所研制的双磨头磁流变抛光机床具有较好的材料去除特性和较强的面形修形能力。

针对高功率板条激光器核心工作器件--板条Nd: YAG晶体的超精密加工开展研究，分析了具有特殊构型的板条Nd: YAG晶体元件的加工性能及工艺难点，提出了一种新的基于合成盘抛光的板条Nd: YAG晶体加工工艺，并对规格为100 mm×30 mm×3 mm 的板条Nd: YAG晶体进行了加工实验。实验结果表明，合成盘抛光可以很好地控制元件的塌边现象；通过磨料的优化选择，在合成盘抛光工艺中匹配合适粒度的Al2O3磨料能够实现元件的低缺陷加工，元件下盘后的全反射面平面度达0.217 λ(1 λ=632.8 nm)，端面平面度达到0.06 λ，表面粗糙度达0.55 nm(RMS)，端面楔角精度可达2″。

光学元件的中高频误差一般采用功率谱密度(PSD)表示，其划分为PSD1和PSD2两个频段。针对目前国内外研究较少的PSD2频段误差，分析和实验研究了其潜在的影响因素。采用沥青和聚氨酯盘抛光熔石英元件的实验结果显示: 小工具数控相比传统全口径抛光并未增大PSD2误差，而抛光盘材质对PSD2误差具有决定性的影响。沥青盘在抑制PSD2误差方向具有较好的优越性，工件表面的PSD2指标能够满足要求，而聚氨酯抛光元件表面的PSD2误差则较高。针对这一问题，提出采用固结金刚石丸片修整聚氨酯垫，通过细化金刚石颗粒获得了合格的PSD2指标。

针对高功率激光装置所需的大口径光学元件，进行了小工具数控抛光中频误差控制工艺研究。对数控加工过程中卷积效应对中频误差的影响进行分析，并建立了残余误差分析模型，对卷积效应所引入的残余误差进行定量分析。利用该模型对中频误差修正工艺参数进行了仿真分析，并进行了修正工艺参数实验验证，确定了全面匀滑最优化参数。在最优化工艺参数的基础上，针对大口径光学元件开展了数控抛光中频误差控制工艺实验验证，使400 mm口径平面窗口元件加工精度达到透射波前PV值为0.27λ，透射波前PSD1 RMS值为1.67 nm。该实验结果表明，通过400 mm口径平面窗口元件的中频PSD1控制技术研究，使窗口元件能够达到高功率激光装置对中频PSD1的指标要求。

为了充分掌握磁流变抛光中磁场强度、浸入深度、抛光轮转速、磁流变液水分含量等工艺参数对抛光结果的影响规律,以期提高元件的面形精度和表面的质量，在研究了磁流变抛光材料的去除数学模型的基础上,结合实验室的PKC100P1型抛光设备,对上述的关键工艺参数分别进行了研究，设置了一系列的实验参数,进行了详细的实验探索，分析了单因素条件下材料的去除量以及元件表面质量同关键工艺参数的内在联系，得出了相应影响关系曲线。从关系曲线表明：工艺参数对抛光斑的去除效率以及被加工元件表面质量存在着明显的影响规律，掌握这些影响关系就能用于分析和优化磁流变加工的结果，为高精度光学表面的加工提供可靠的保障，同时实验的结果也很好地验证了磁流变抛光材料去除理论的正确性。

基于磁流变抛光机理, 采用简森-范锡图特法求解驻留时间函数以确定磁流变抛光工艺软件的核心算法设计, 开展工艺软件全过程模块化、流程化设计, 进行功能模块测试。软件开发过程中兼顾各功能模块间关系耦合, 并完成工艺软件的代码集成测试。开展500 mm口径的微晶平面反射镜的验证实验,结果表明元件面形值获得快速有效收敛。证实了所设计的工艺软件能够精准地指导大口径光学元件的磁流变加工。