惯性约束聚变、大型天文望远镜、微电子以及航空航天领域各种高精尖武器不但要求光学元件达到超光滑表面,而且对加工效率也提出了极高的要求。目前适用于熔石英材料的超光滑表面加工技术有浴法抛光、浮法抛光、磁流变抛光、离子束加工、弹性发射加工等。大气等离子体加工是近年来新发展起来的一种超光滑表面加工技术,与其他加工技术相比,大气等离子体加工是靠等离子体中的活性粒子与工件材料发生化学反应实现材料去除的一种加工方法,具有加工效率高、不产生加工变质层、不会对元件表面造成二次损伤和加工成本低等优点。在国外,该项技术已在光学元件的加工制造中得到应用,而我国在该方向的研究尚处于起步阶段,有许多问题亟待解决。本论文针对大气等离子体加工光学材料熔石英过程展开研究,目的是通过理论和实验找到加工过程中各种因素对熔石英加工效率和表面质量的影响规律。首先,论文介绍了大气等离子体的加工原理,设计了一个应用于光学元件加工的大气等离子体发生装置（等离子体炬）,并对该装置在射流和接触两种加工模式下的工作特性进行了探讨研究。然后,论文以加工效率（材料去除率）为研究对象,以新设计的大气等离子体炬的两种加工模式为基础,运用光谱定量分析理论和红外测温理论分别从等离子体光谱强度变化和加工过程温度变化角度,研究并得到了等离子体中反应气体（CF₄和O₂）含量对材料去除率的影响规律。研究表明,材料去除率随着CF₄流量的增加先增加,达到极值后,再降低;O₂能够提高材料去除率。随后又分别对输入功率、加工距离和加工时间与材料去除率之间的影响关系进行了实验研究,总结出材料去除率随着输入功率的提高、加工距离的减小而增加,而在一定的加工时间内基本保持恒定的规律。最后,论文以工件最终表面质量为研究对象,首先在前期量子化学理论分析的基础上提出了极低材料去除率对于降低元件表面粗糙度必要性的设想,并通过实验得到初步验证。然后又通过纳米压痕技术验证了大气等离子体加工能够去除工件表面的加工变质层,且不会对工件表面引入二次损伤的结论。本论文的研究内容表明,大气等离子体加工能够提高光学元件的力学性能,这对于提高光学系统的整体性能有重要的意义。