熔石英元件是高能激光系统中不可缺少的重要组成部分,用于传输和承载光路。熔石英的硬脆性严重制约机械加工性能,极易发生裂纹与亚表层损伤问题,在高能量密度光束的辐照下,元件内部会造成严重的二次损伤影响使役寿命。熔石英的纳米加工技术发生在塑性域内,可以有效规避这些问题,但受限于加工条件的制约还无法探究其加工机理。加工过程中局部特征结构状态会影响其力学性能及加工精度。因此,从微观层面探索熔石英加工过程中结构演变规律具有重要意义。本文就是以熔石英为研究对象,采用分子动力学方法辅以局部结构表征方法对熔石英纳米加工机理和微观结构演变规律深入研究。通过原子力显微镜纳米刻划实验验证加工性能及去除机制规律。首先,确定本文的研究方法并构建和验证熔石英模型。采用实际制备工艺构建熔石英理论模型,结合切片模型对比和双体分布函数验证了熔石英分子模型的正确性。根据体积温度状态图结合均方位移和扩散系数进一步验证非晶体模型性能的还原性,并发现熔石英的亚稳定性和较大的内部粘度是影响加工的重要原因。其次,通过分子动力学方法模拟熔石英在不同单因素下的加工过程,研究了熔石英纳米加工性能及亚表层致密规律。构建了熔石英单磨粒纳米刻划加工模型,通过与石英晶体加工性能对比,初步发现熔石英更易去除且伴随着弹性回复现象。探究了刻划深度、刻划速度和磨粒半径因素对熔石英传统加工性能的影响。构建了熔石英振动辅助单磨粒加工模型,分析了熔石英振动辅助加工特点,探究了不同振动频率对加工性能的影响。结合加工力、屈服应力、弹性回复率和亚表层致密程度分析不同因素下的加工规律和去除机制。弹性回复率是影响已加工表面质量的重要因素而残余应力是影响亚表层致密深度和程度的诱因。振动辅助条件具有更小的加工力且亚表层致密程度更小。随后,运用多面体模板匹配法和键取向序参量法表征熔石英加工引发致密区域的微观结构特征及动态演变规律。通过短程近邻原子分析法从配位结构角度解释了熔石英内部结构特征及加工应力诱导致密机制原因。分析了中程范围配位原子数规律,发现致密由配位原子增多导致且O原子的亚晶格比Si原子更易坍缩。运用多面体模板匹配方法定量分析致密原子构型规律,发现十四面体构型含量最高,且随着应力的增大而增多。编写球谐函数算法精确统计和提取了构型特征,发现大量十二面体和十四面体构型体,这些构型均为畸变构型。最后,利用原子力显微镜对石英玻璃样品进行纳米刻划实验探究了石英玻璃纳米加工去除机制和弹性回复行为规律,与仿真结果对比,从而验证其正确性。建立垂直载荷与刻划深度的关系,比较划槽几何形状和成型特点研究不同载荷下去除机制。探究了刻划速度因素对已加工表面的影响,发现塑性去除过程中更快的加工速度带来更大的弹性回复。结合膨胀率和弹性回复率研究已刻划表面形貌特征及弹性回复行为规律,塑性去除的弹性回复率约为11%。仿真规律和实验一致。