熔石英（非晶SiO2）硬度高,热膨胀系数低,耐高温,化学稳定性好,透紫外光和红外光。在惯性约束聚变（ICF）领域的大型高功率激光装置中,熔石英被大量用作光栅、透镜和窗口等光学元件。高功率激光装置的运行通量往往直接取决于光学元件的最大激光承受能力。然而,在高通量激光作用下,熔石英的表面缺陷易导致熔石英光学元件的激光诱导损伤,从而严重影响了光学元件的负载能力及光学系统的高通量稳定运行。随着光学元件的加工工艺和表面处理技术的不断改进,熔石英元件的表面污染和亚表面缺陷得到了有效地抑制,激光损伤阈值大幅提升。但是在多脉冲激光辐照下,光学元件的性能退化现象仍十分明显。初始损伤发生后,在后续激光辐照下,损伤点尺寸迅速增大,这严重影响了元件的使用寿命。目前的实验研究表明,熔石英光学元件的表面性能退化可能与熔石英表面在紫外激光辐照下的硅氧比例失衡有关,因此需要寻找新的方法对硅氧比例进行调控,进一步提升熔石英元件的抗激光损伤能力。本文基于离子注入的材料表面改性技术,研究了氧离子能量与注量对熔石英表面化学性质及组成、表面微观结构、表面形貌、光学性能、力学性能和抗激光损伤能力的影响。具体工作内容及研究结果如下:（1）研究了不同能量和注量的氧自离子注入对熔石英微观结构的影响,包括硅氧元素分布、氧硅比例、结构型缺陷的演变、表面微观结构变化。基于动态二进制碰撞的计算机模拟程序TRIDYN的模拟结果显示,注入氧离子呈近高斯分布;随着离子能量增大,氧离子分布深度增加,氧峰值浓度降低;随着离子注量增大,氧离子分布深度不变,氧峰值浓度增加。离子注入造成的损伤分布与氧分布相同,损伤区域靠近样品表面,能量和注量越大,损伤程度越严重。X射线光电子能谱测量结果表明,氧离子注入使熔石英表面低价硅离子Si3+和非桥氧基团（NBO）的含量降低,改善了表面氧硅比例,使亚化学计量Si Ox（0<x<2）的含量降低。而且注入的氧离子会与缺氧型结构型缺陷复合,降低氧空位缺陷（ODC）和E’色心的密度。由于离子注入引起的电子激发效应,E’色心与非桥氧空穴中心（NBOHC）结合形成Si-O-Si键,降低E’色心和NBOHC的密度。当离子能量和离子注量较小时,缺陷的复合大于缺陷的产生,缺陷密度降低。然而,当能量与注量较大时,Si-O键的断裂加剧,缺陷密度增加。本论文中,在能量为30 ke V、注量为1×1017ions/cm~2时,缺陷密度最小。此外,氧离子注入导致Si-O-Si键角减小,使熔石英表面致密化。同时,离子注入可以引起熔石英材料表面分子结构的离解与重组,因此适当能量和注量的氧离子注入可以使结构得到改善。（2）研究了不同能量和注量的氧自离子注入对熔石英形貌和特性的影响,包括表面形貌、光学特性、表面应力和抗激光损伤性能。离子注入伴随着的溅射效应可以去除或钝化抛光颗粒、金属杂质、划痕等表面缺陷,使样品表面粗糙度降低,改善表面质量。离子注入过程伴随结构型缺陷的复合和Si-O键的断裂,因此,熔石英表面结构型缺陷的特征吸收峰强度随离子能量和注量的变化而变化。在离子能量为30 ke V、离子注量为1×1017ions/cm~2时,熔石英表面的结构型缺陷密度最小,表面结构型缺陷的特征吸收峰峰强最小。氧离子注入使熔石英表面致密化,在表面形成压应力层,从而增强了熔石英表面强度。表面粗糙度的降低、结构型缺陷密度减少、压应力的形成等多种因素使熔石英激光损伤阈值增加,损伤增长系数减小。但注入能量和注量过大时,表面粗糙度会略微增加,表面质量降低。同时,过大的能量和注量导致Si-O键断裂加剧,缺氧型结构型缺陷的密度增加。此外,压应力减小,熔石英表面强度略微降低,从而导致熔石英激光损伤阈值减小,损伤增长系数增加。