随着现代光学元件制造技术的不断发展和社会需求的日渐提升,无论是以强激光、短波光学为代表的工程光学,还是以大规模集成电路为代表的信息及微电子学来说,表面质量的要求更加苛刻,不断进行高精度的光学元件表面制造技术的极限探索已迫在眉睫。离子束加工作为高端光学元件先进的制造技术,其原子量级的材料去除和非接触的加工方式不但能够修正面形误差,还可以进行表面微观形貌的修正,从而实现超光滑表面的加工。本文基于离子束溅射刻蚀的基本理论,结合实验探究深入分析了离子束轰击过程中熔石英表面微观的作用机理。主要内容包括以下几个方面:1.分析了离子束溅射刻蚀机理,通过实验手段确定离子束的去除特性,建立数学模型;深入研究了离子束物理溅射过程中伴随的材料表面的微观塑形行为和微纳尺度粗糙度的演变机理。离子束抛光过程中工艺参数的改变会明显导致工件表面微观形貌的变化,利用软件仿真分析了离子能量、入射角度、离子数目和熔石英材料溅射产额的映射关系。2.基于Sigmund溅射理论和BH理论,揭示了离子束作用下的微纳尺度的表面微观形貌演变规律,解释了离子束溅射过程中粗糙效应和平滑效应共同作用下光学元件表面趋于平滑的本质原因。3.研究了离子束加工中的核心—射频离子源的工作参数对熔石英表面的作用规律,通过正交实验并结合AFM检测结果探究了各因素下熔石英表面粗糙度的演变。结果表明:离子束轰击不能有效地抑制熔石英表面的中频误差,而在一定溅射条件下,熔石英表面纳米尺度粗糙度得到明显改善。4.探究了离子束作用下微结构的产生机理,利用自主研发的设备,通过实验手段,分析离子束倾斜加工下光学元件表面微纳结构的生成规律,总体上揭示了离子束加工过程中微纳结构产生和溅射参数的关系,为超光滑表面的加工提供一定技术支持。