针对在微观上存在尖锐突起、凹坑和划痕等缺陷的光学元件,提出用低质量分数磨料水射流冲击的方式对其进行处理。从弹性接触出发,对射流中粒子与元件发生塑性接触的临界速度进行了推导,并引入了塑性转入脆性加工的临界速度,从而对射流的塑性去除阶段作了明确的界定。针对常用的两种光学材料K9和石英玻璃,结合具体参数对使其处于塑性去除阶段的射流速度进行了模拟计算,利用单颗粒冲击去除模型,在塑性去除范围内对两种材料的冲击去除进行了模拟计算。结果表明：石英玻璃进入塑性去除的临界速度高于K9玻璃,而进入脆性去除的临界速度低于K9玻璃,因而使石英玻璃处于塑性去除阶段的射流速度范围为K9玻璃相应速度范围的子区间；在塑性去除阶段,各材料的去除量皆随着冲击速度的增大而增大,但较硬的石英玻璃更不耐冲击,较K9玻璃更容易被去除。

磁流变液是一种分散体系，通过对分散体系稳定性的研究，并结合磁流变抛光的实际需求，确定了磁流变抛光液添加组分，配制出了适合于光学加工的水基磁流变抛光液。所配制的磁流变液初始粘度仅为0.2 Pa·s，利用磁流变仪检测所配制磁流变液在剪切率为1 s-1，磁场强度为0.35 T时，剪切应力达42.5 kPa。利用所配制的磁流变抛光液分别对K9玻璃和Si材料进行抛光，经过2 h持续抛光，K9玻璃和Si材料去除函数的峰值去除量相对变化率分别为0.15%和0.22%，体积去除量相对变化率分别为1%和0.88%，去除函数的峰值去除率分别达到4.83 μm/min和1.376 μm/min。结果验证了所配制的抛光液具有极好的稳定性以及较高的去除效率，能够保证抛光材料的快速去除和高效收敛。

针对传统光学加工技术难于精确测量和控制亚表面损伤的特点，提出用磁流变抛光替代研磨工序并直接衔接磨削的新工艺流程。采用自行研制的磁流变抛光机床KDMRF-1000和水基磁流变抛光液KDMRW-2进行了磁流变抛光去除磨削亚表面损伤层的实验研究。结果显示，直径为100 mm的K9材料平面玻璃，经过156 min的磁流变粗抛，去除了50 μm深度的亚表面损伤层，表面粗糙度Ra值进一步提升至0.926 nm，经过17.5 min磁流变精抛，去除玻璃表面200 nm厚的材料，并消除磁流变粗抛产生的抛光纹路，表面粗糙度Ra值提升至0.575 nm。由此表明，应用磁流变抛光可以高效消除磨削产生的亚表面损伤层，提出的新工艺流程可以实现近零亚表面损伤和纳米级精度抛光两个工艺目标。

磁流变确定性修形具有高精度、高效率、高表面质量以及近零亚表面损伤的特点。介绍了磁流变修形技术的基本原理和方法,并对磁流变修形中涉及的关键技术进行了讨论。在自研的磁流变修形设备上采用水基磁流变抛光液对一块直径80 mm的K9玻璃平面进行了磁流变修形实验。经过一次迭代修形(4.39 min)使其面形精度峰谷(PV)误差由初始的0.144 λ改善到0.06 λ(λ=632.8 nm),均方根(RMS)误差由初始的0.031 λ改善到0.01 λ,面形收敛率达到2.81,表面粗糙度RMS值达到0.345 nm。实验结果表明,采用磁流变进行光学表面修形,面形收敛快,面形精度高,表面质量好,可广泛应用于高精度光学镜面加工。

为了克服传统光学镜面抛光方法的缺点,提出了应用离子束进行光学镜面修形的方法。介绍了离子束修形技术的原理和方法,并对离子束修形中涉及的关键技术进行了讨论。在自研的离子束修形设备上对一块直径98 mm的微晶玻璃平面样件进行了离子束修形试验,经过两次的迭代修形使其面形精度均方根误差由初始的0.136λ提高到0.010λ(λ=632.8 nm),平均每次迭代的面形收敛率达到3.7。实验结果表明,应用离子束进行光学镜面修形无边缘效应、面形收敛快、加工精度高;由于离子束修形技术去除材料过程自身的特点,使数控离子束修形技术对非球面的加工和对平面的加工难度相当。