在红外高能激光系统中,单晶硅反射镜被广泛使用,反射镜需要在高功率密度激光的长时间辐照下实现高精度、高稳定性的光束传输,对元件精度与激光负载能力都有着极高的要求。随着高能激光技术不断进步,现有单晶硅元件性能已无法支撑系统输出功率与整体性能的进一步提升,成为技术短板。高能激光系统对元件性能提出了精度与激光负载能力两个指标体系,追求全频段空间误差的抑制与激光能量吸收率的降低,二者均取决于加工质量。但目前元件制造沿袭自传统光学加工,难以实现精度与激光负载能力的同时提升,需要开展制造方法与工艺研究,结合应用特点创新制造技术。本文以高能激光系统为需求背景,面向单晶硅反射镜高水平制造,深入研究各类能量吸收前驱体吸收特性,揭示吸收前驱体、加工质量与激光负载能力的关联关系。进而研究前驱体的抑制策略,引入先进光学制造技术,提升加工精度、抑制吸收前驱体,形成适用于抛物面、柱面的联合制造工艺,最终实现典型元件的高精度、低缺陷、低吸收水平制造。具体的研究内容包括以下几个方面:(1)高能激光元件制造要求解析研究。针对高能激光应用对元件精度与激光负载能力的双重指标要求,研究元件性能提升机理,解耦系统性能-元件性能-物理机理的关联关系,将驱动元件能量吸收的因素划分为表面非本征化学结构、表面/亚表面加工缺陷与中高频误差三类吸收前驱体。控制关键工艺指标以抑制各类吸收前驱体。研究了微观、纳观的元件表面特征、工艺指标和宏观的元件性能三者之间的关联关系。指明元件性能提升的机理与关键加工指标,提出基于前驱体特征测量的元件吸收性能评价方法,为低吸收制造奠定理论基础。(2)吸收前驱体的抑制方法研究。单晶硅为典型硬脆材料,极易在表面产生加工缺陷,本文采用浸没式抛光方法,创新利用界面能级最低原则,用纳米磨料将粗大颗粒隔离在抛光区域以外,从而抑制表面加工缺陷的产生。对单晶硅亚表面抛光后的纳米微结构缺陷进行研究,研究其红外吸收特性并揭示本质组成。研究单晶硅典型表面化学结构对应的表面能与红外吸收特性,从抑制亚表面前驱体、提升后续镀膜质量与降低吸收三个角度出发,采用离子刻蚀为后处理工艺。(3)中高频误差与激光负载能力的耦合研究。基于现有工艺路线,研究不同工艺中高频误差的生成机理与频段特征;对现有中高频误差的能量吸收理论进行优化研究,确定影响吸收的相关空间频段,创新利用中高频误差对能量吸收水平进行半定量预测。传统光顺工艺无法抑制柱面中高频误差,本文创新采用同形抛光盘平动光顺工艺,在非回转对称面上实现了中频误差抑制,基于抛光环境下的纳米刻划实验,分析单颗磨料材料去除行为,优化抛光参数与压力控制,从加工精度与能量吸收的两个维度上提升元件加工质量。(4)高质量元件加工组合工艺加工研究。运用浸没式光顺和离子束修形、后处理的联合工艺,优化缺陷抑制策略,开展单晶硅基底制造。与传统工艺相比较,验证了联合工艺在提升精度与降低吸收两方面的优势,和在抛物面、柱面元件上良好的适应性。在小口径平面元件上实现了全频段亚纳米精度制造,在大口径平面、抛物面和柱面元件上实现全频段误差收敛与吸收前驱体抑制,加工出高精度、低吸收的高能激光单晶硅元件基底。