在以惯性约束聚变（ICF, Inertial Confinement Fusion）为代表的大型光学系统应用领域中，对光学元件的制造提出的要求和挑战日益增高，尤其对光学元件的使用性能提出了更严格的要求，光学元件的使用性能依赖于元件的加工表面质量。熔石英材料的光学元件是整个光路系统中最薄弱的部分，在光学元件中存在的亚表面损伤会导致光学元件的抗激光损伤阈值下降，在高功率密度的激光系统中容易导致光学元件的损伤，对光学系统的稳定性和使用性能及寿命产生直接的影响。因此，发展具有无损伤机制并快速去除亚表面损伤的加工技术，是提高光学元件抗损伤阈值和使用寿命的关键。大气等离子体加工技术是光学加工领域的一项创新技术，属于非接触式的化学刻蚀加工方法，不存在机械研磨和抛光过程中对光学元件表面施加的压力，单纯化学加工机制可以有效地避免和消除亚表面缺陷，在光学加工领域有着重要的应用前景和意义。本文针对熔石英材料在前期磨削加工产生亚表面损伤的大气等离子加工去除机理、加工过程中表面出现沉积物对加工质量的影响、沉积的机械特性、元素组成及结合态、产生机理、影响因素分析和抑制方法展开研究，以达到去除亚表面损伤和提高加工表面质量的目的。本文首先分析了大气等离子体加工对亚表面微裂纹损伤的去除机理。采用尖锐压头在表面的压痕作用来产生亚表面损伤裂纹，并用大气等离子体逐层加工方法对损伤点进行原位表征，清楚展现了大气等离子体加工对亚表面损伤的去除过程，揭示了大气等离子体加工去除亚表面损伤的机理。通过分析损伤点几何特征和微观形貌的变化规律，建立了微裂纹损伤随加工时间变化的几何模型，反映了大气等离子体加工过程中表面质量与亚表面裂纹的变化关系。针对大气等离子加工过程中表面出现的沉积对加工去除选择性和表面质量的影响，对加工后表面沉积的力学特性进行了检测，从大气等离子体激发、反应气体电离及等离子体与工件表面的反应等步骤分析了大气等离子体加工过程中表面沉积的形成机理。对沉积的化学组成及结合态进行表征，研究了加工后表面沉积物在微观形貌、力学特性、生成机理和化学元素的组成及结合状态特性。根据在大气等离子体加工过程中表面沉积的化学态组成，利用发射光谱诊断分析了CF4作为反应气体激发电离的F原子和CF2基团在化学反应中的作用。研究了大气等离子体加工参数对反应气体CF4激发电离的影响规律，得到了减少沉积的工艺改进方向。基于FLUENT流体模拟对加工区域流场进行了计算分析，并建立反应区域气体流动速率和表面沉积分布的对应关系。依据等离子体加工参数和气流特性对加工沉积生成的影响规律，通过改进等离子放电装置设计和优选试验参数，抑制表面沉积的生成。并从化学反应动力学角度对固体表面特性进行表征，用接触角法测量机械磨削和抛光两种加工表面的自由能，研究了固体表面特性对大气等离子体化学反应吸附的影响。最后从表面微观特征、表面力学特性变化和截面显微损伤表征等方面对大气等离子体加工形成的无损伤表面进行了试验验证。