超光滑表面在现代短波光学、强光光学、电子学、薄膜科学以及高精尖武器系统、航空宇航等领域都有着广泛的应用需求，这类表面作为光学元件，为获得最高反射率，特别强调表面低散射特性，作为功能元件,因多为脆硬或脆软晶体材料,相对于表面粗糙度而言,更注重表面的晶格完整性。因此，超光滑表面不但强调小于Ra1nm的极低粗糙度值，还要严格限制由加工过程引起的材料表层及亚表层损伤。研究高效、无表面损伤的超光滑表面加工技术对于上述领域具有重要的理论和现实意义。　　目前，常用的超光滑表面加工方法，如传统的机械研抛技术、机械-化学抛光方法等都会不同程度地造成一定的表面损伤，而且还往往存在着如加工效率较低、适用范围有限、对操作者经验依赖严重等诸多问题，难以满足现代科技发展对表面提出的越来越苛刻的要求，因而也就促使了许多应用新原理和新设备的新型加工技术的出现，如等离子体加工技术、磁性抛光技术、激光抛光技术等。而大气等离子体加工技术由于以干法化学反应的方式实现原子级的材料去除，避免了表层/亚表层损伤，还解决了常规等离子体加工技术由于真空设备的限制而存在的如加工效率低、加工成本高、设备复杂、加工尺寸有限等问题，还能够得到常规的加工方法难以达到的处理效果，很好地解决了超光滑表面加工中存在的上述问题。本文即提出了一种全新的大气等离子体加工技术-大气低温等离子体抛光方法（APPP，Atmospheric Pressure Plasma Polishing），为高质量光学表面的无损伤抛光加工提供了新的手段。　　本文首先分析了大气低温等离子体抛光方法的原理。大气低温等离子体发生技术可以激发出比普通化学反应种类更多、活性更强的反应粒子，因而可以实现很多常规条件下难以进行的化学反应，还能够保证较高的反应速率。抛光过程依靠气-固界面的原子间的化学作用实现材料的去除，避免了材料的表层/亚表层损伤。理论上，可以发生化学反应的物质都有可能应用大气低温等离子体抛光方法进行加工。　　针对大气低温等离子体抛光的原理及特点，设计了基于电容耦合原理的射频炬式等离子体源，并以其为核心部件建立了大气低温等离子体抛光系统原型。该系统目前采用He/CF4的气体配方针对单晶硅片进行加工，气体流量的控制精度为0.01标准升/分，最大可实现Ф200mm的平面加工，加工速率最高可达32mm3/min，加工后表面粗糙度可稳定控制在亚纳米量级。　　针对大气低温等离子体抛光过程的超光滑表面形成机理进行了理论研究。理论分析采用了基于量子化学理论的模拟计算方法，针对光学表面的典型微观形貌进行了化学反应过程的分析。结果显示，凸出于表面的形貌结构的反应概率要大于凹陷于表面内的形貌结构的反应概率，因此，表面凸出结构的去除速率要大于凹陷结构的去除速率，所以随着加工的进行，表面的微观不平度就因而逐渐减弱，表面粗糙度就得到了进一步的降低。　　本文还分析了大气低温等离子体抛光质量的主要影响因素，并研究了各个因素的影响规律，得到了合理的工艺范围。针对加工过程中出现的沉积现象，初步分析了沉积物的成分和成因，并通过工艺分析提出了避免沉积物生成的几点建议。　　作为高质量光学表面的最终修整工序，大气低温等离子体抛光要实现表面质量的整体提高。针对性的加工和检测实验证实了大气低温等离子体抛光在单晶硅片上实现了Ra0.5nm以内的表面粗糙度，并明显改善了表面形貌；同时，表面的硬度和弹性模量等机械性能也得到了提高，表面的残余应力显著降低；表面材料的化学成分也得到了明显改善，表面的整体状态更接近于理想状态。温度的监测结果还显示，大气低温等离子体抛光可以实现较低温度下的高效、高质量加工，更具应用优势。针对超光滑表面形成机理理论研究的验证实验也证实了理论分析方案和结论的正确性。