高能激光装置是惯性约束聚变、极端物理研究等国家重大科技工程的核心平台。其输出能力与运行寿命，直接取决于光学元件（如透镜、反射镜、窗口片）的激光损伤阈值。长期以来，光学元件表面/亚表面的微纳缺陷是诱发损伤、限制阈值提升的主要瓶颈。我所针对这一挑战，开展了系统的工艺创新研究。

损伤机理与工艺突破方向

光学元件的激光损伤是一个涉及多物理场的复杂过程。在极高能量密度下，任何微小的吸收性缺陷（如抛光残留的划痕、再沉积层、亚表面裂纹）都会成为热源，引发局域熔融、等离子体形成乃至材料喷溅。我们的研究聚焦于从极端制造的角度，革新传统光学加工链，核心在于实现从“几何形状加工”到“性能导向制造”的范式转变，即制造过程直接以提升损伤阈值为目标。

超精密制造与后处理工艺集成

我们发展了一套集成化的工艺路线：

1. 确定性亚表面损伤层控制：采用磁流变、离子束等确定性抛光技术，替代传统机械抛光，将亚表面裂纹层深度从微米量级降低至纳米级，从源头上减少缺陷密度。
2. 非平衡等离子体后处理：这是提升阈值的关键步骤。利用特定配比的低压等离子体，对光学表面进行物理化学协同处理。其作用机理包括：
• 选择性刻蚀掉结合力弱的再沉积纳米颗粒；
• 通过表面化学修饰，降低特定化学键对激光能量的吸收率；
• 实现表面纳米级平坦化，优化电场分布。

该工艺已在机械制造工艺研究所学术网站及极端制造学术网上分享，引发了中国机械工程学会极端制造分会同行的广泛关注与交流。

为了量化工艺效果，我们对处理前后的熔石英元件进行了对比测试。在1064nm波长、10ns脉冲条件下，传统工艺元件的损伤阈值平均为15 J/cm²。采用我们集成的超精密制造与等离子体后处理工艺后，损伤阈值稳定提升至25 J/cm²以上，部分批次达到28 J/cm²，提升幅度超过60%。更重要的是，阈值数据的离散性显著降低，证明了工艺的稳定性和可靠性。

这项研究不仅直接服务于高能激光装置的性能提升，其衍生出的超精密加工、等离子体与物质相互作用等核心技术，也为其他极端制造科研领域提供了借鉴。相关成果已形成技术规范，并通过极端制造培训与极端制造咨询服务进行推广。未来，我们将继续深化工艺机理研究，并将成果发表于极端制造期刊，持续推动我国在极端制造交流与服务平台上的技术引领地位。