光学元件的面形精度是光学系统性能的关键参数之一,现代光学系统的发展对光学元件的表面质量提出了越来越高的要求,不仅仅要求所使用的光学元件具有更高的表面精度,同时还需要更大的尺寸。中大口径高精度光学元件在武器装备、深空探测、激光系统和光刻技术中具有非常广阔的应用。传统的接触式抛光方法在加工中大口径光学元件时,由于其接触式的加工方法不可避免的存在着诸如抛光头磨损、边缘效应和亚表面损伤等问题,制约了加工精度的提高。同样基于CCOS(Computer Controlled Optical Surface)原理加工光学元件的离子束抛光使用离子束代替传统的抛光头,通过离子束与光学元件之间的离子溅射效应去除光学元件表面材料,不仅可以避免上述问题,而且基于稳定的离子源技术和精准的数控技术,离子束抛光还具有高精度和高收敛性的特点。本文针对离子抛光过程中去除函数的确定和驻留时间函数的求解两个关键问题,完成的主要工作如下:(1)去除函数模型的建立。通过Sigmund溅射原理,发现当离子能量固定时,去除函数仅与光学元件表面的离子束流分布和光学元件的材料特性有关,从而建立了离子束抛光的去除函数模型。研究了使用线扫描实验获得去除函数信息的方法。使用法拉第杯扫描离子束流可以获得离子束电流密度的分布信息,通过研究电流密度分布参数与去除函数参数的关系建立了基于法拉第扫描的去除函数模型。(2)离子源工艺参数对离子束电流密度分布的影响。通过调节离子源的工艺参数可以改变入射到光学元件表面的离子束流分布,从而对去除函数进行优化。使用实验的方法研究了离子源各工艺参数对离子束电流密度分布的影响。(3)驻留时间函数的求解。通过线性方程组模型将求取驻留时间函数的解卷积过程转换为对线性方程组的求解。得到的线性方程组是一个病态方程,具有很大的不适定性,难以精确求解。因此使用TSVD(Truncated Singular Values Decomposition)算法求解该线性方程组的近似解作为驻留时间函数。仿真过程中,将驻留点的网格划分向外延拓,避免了由算法引入的边缘效应。(4)光学元件离子束抛光实验。简述了离子束抛光的加工过程,对于选定的离子源工艺参数,使用法拉第扫描方法确定了离子源的稳定性,使用线扫描实验方法确定了去除函数的稳定性。对直径300mm的光学元件进行离子束抛光实验,实验结果表明离子束抛光是一种高精度和高收敛率的抛光方法。