在科学和工程技术领域，超精密光学元件的制造技术正在成为关注的热点。光学元件超精密化发展，是光学系统自身发展极限化提出的要求，除了光学元件有很高的表面形状要求，还需要通过表面微观质量的大幅度提高来降低表面散射等损耗，以提高光能量传输能力、图像传输质量以及激光对抗能力。尤其是在国家重大装备及武器装备研制生产中，对所需的核心光学元件提出了大口径、超光滑、低损耗的技术要求，并且这些要求往往还要在特殊的光学材料上实现。
以上这些要求均达到目前已知光学制造技术的极限，迫切需要开发新型高效的高精度超光滑表面工艺技术与装备。等离子体表面处理具有成本低、适用范围广等优点，同时在综合消除光学表面与亚表面缺陷和进一步降低光学损耗方面极具潜力。自2005年起，实验室在科技部、国防科工委、兵器总装备部以及陕西省的支持下，围绕等离子体抛光技术展开研究，获得了0.2nm粗糙度的熔石英表面，系统掌握了等离子体发生、抛光工艺及系统控制等关键技术，并已基本实现了相关抛光加工设备的自主开发，成功应用于多种光学元件的表面加工。同时，在等离子体发生机理、等离子体源制造、等离子体光谱诊断等方面亦展开深入研究，多项成果不仅填补了国内相关方向的技术空白。
（1）真空等离子体增强化学气相抛光技术
该项技术基于射频电容耦合放电原理产生等离子体，并将活性反应气体的引入等离子之中，通过低温等离子体化学反应来实现元件表面的原子级材料去除，避免了表层和亚表层损伤。实验室开发出了具有自主知识产权的电容耦合等离子体源，可在真空和大气两种环境下工作。相较于其他同类等离子体发生装置，该等离子体源不仅可采用通常的13.56MHz射频电源，并且可采40.68MHz和100MHz的射频电源，设备能耗更低，等离子体温度也更低，可以有效地降低加工元件的亚表面损伤。特别地，该等离子体源引入了控制磁场，通过电磁场调节和控制等离子体的分布及动能，有效地提高材料表面的抛光效率。
在对光学元件进行抛光过程中，由等离子体的物理溅射及化学反应带来的热负荷作用，往往会造成被加工元件的表面温升，从而引发光学元件变形、龟裂等问题，特别地，以KDP为代表的晶体材料，在加工过程中，元件表面温度上升至80oC，就可能造成光学元件的龟裂变形，鉴于此，课题组在原有的真空射频电容耦合等离子体抛光技术基础上，通过对德技术引进，将远端离子源技术（Remote Plasma Source，RPS）应用于光学元件加工环节之中。目前实验室将该项技术引入到光学元件加工工艺环节之中，正在探索该项技术作为离子束抛光辅助技术的可能性，并且建立了相应的实验平台。
（2）大气射流等离子体抛光技术
在大气环境下进行等离子体抛光，可极大地降低设备复杂度，实现高效率、低损耗的超光滑表面加工。大气等离子体加工的核心技术是等离子体源技术，自2010年起，实验室开展了等离子体源技术的研究工作。先后研制出了多种基于射频电容耦合放电的大气等离子体源，其刻蚀效能与国内外同类等离子体源达到同一技术水平。
2013年，实验室相提出了基于电弧放电方式的大气射流等离子体抛光技术，该项技术不同于国内外其他的大气等离子体放电技术，所研制等离子体源是由涡旋气流的驱动，使电弧放电所产生的等离子体与引入的活性反应气体发生级联碰撞，从而产生含有大量的活性离子的活性等离子体区，通过等离子体与光学元件表面的化学反应，实现高速地材料去除。实验室研制的基于该技术的大气射流喷枪，对熔石英的抛光去除速率可达8cm3/min，极大地提高了加工效率，对SiC等脆性材料，抛光去除速率可达6cm3/min。其特色在于：①采用涡流式气路分配器，通过合理的气流分配和冷压缩效应，降低等离子的温度；②采用高纯氮气作为工作气体，放电条件易于实现，等离子体密度高，装置成本低；③抛光刻蚀过程，引入独特的水溶性液体，刻蚀生成物进行清洗。
目前基于该技术研制的具有自主知识产权的大气等离子体抛光装置已研制成功。经过对等离子体抛光系列技术的研究，实验室已经完善了针对大气等离子体光学元件加工研究的实验平台，初步具备了中大口径高精度光学元件大气等离子体技术及装置制造能力实验室开发的基于微波等离子体源的中大口径等离子体抛光装置，该设备可实现300mm均匀等离子体的发生和控制，可实现口径300mm以上、表面缺陷层厚度小于5nm熔石英材料表面抛光，结合离子束抛光工艺的粗糙度低于1nm（rms)。
