随着连续位相板(Continuous Phase Plates,CPPs)等光学元件在激光驱动惯性约束核聚变(Inertia Confinement Fusion,ICF)项目中的广泛应用,对其加工精度与效率的要求越来越高。大气等离子体加工技术具有较高的加工分辨率和材料去除率,且不引入亚表面损伤,是一种极具应用前景的光学加工方法。然而,目前其长时间加工稳定性和传统的点位加工模式还无法满足大口径光学元件批量加工的要求。因此,针对上述问题,本文采用理论计算和实验研究相结合的方法,对影响大口径微结构光学元件加工精度和效率的若干关键因素展开系统研究,为实现大口径连续位相板高效高精度的确定性加工奠定技术基础。根据大口径连续位相板的加工特点和要求,本文首先设计并搭建了双层进气式等离子体发生器并进行放电特性分析。其次,为了探究活性粒子在加工区域的分布规律,应用COMSOL Multiphysics软件建立了多物理场耦合仿真模型,并对加工区域的流场和组分场进行仿真分析。为了验证新型等离子体炬的优越性,进行长时间加工稳定性实验,实验结果表明,峰值去除率和半高宽的波动均在3%以内。最后,采用单因素法,详细讨论了多个工艺参数对去除函数的影响规律,对后续加工大口径连续位相板的工艺参数选择具有指导意义。考虑到当前驻留时间点位加工模式的局限性,提出了一种高效率、高精度的大气等离子体加工速度模式,并基于线性方程组法推导出了速度模式的数学模型。然后,针对含有多个约束条件的多目标优化问题,采用混合惩罚函数法对速度矩阵进行优化求解与误差分析。由于速度模式对机床动态性能的要求较高,需要对其控制系统的PID参数进行调整,并应用PMAC控制器内置的PVT运动模式来生成数控加工程序。在此基础上,总结光学元件大气等离子体数控加工的工艺流程并开发CAM软件。为了提高光学元件大气等离子体加工的精度和效率,首先针对连续位相板的设计面形,提出了一种基于Nyquist定理的去除函数匹配方法。然后,分别应用点位加工模式和速度模式对320×320×2mm3的连续位相板进行对比加工实验研究。研究结果表明,加工时间由13.2h减少到9.3h,面形误差RMS值由100nm降低到80nm,证明了速度模式的优越性。最后,分析了加工误差的来源并提出了相应的补偿措施,主要包括多次加工的可重复性、电极表面材料的变化以及去除函数的非线性变化等,这对我国先进光学制造技术的发展具有促进作用。