光学晶体磷酸二氢钾(Potassium Dihydrogen Phosphate以下简称KDP)是一种性能优良的非线性光学晶体,是目前高能激光光路系统中唯一作为激光倍频、电光调制和光电开关器件的非线性光学晶体。因为KDP晶体质地软脆、潮解性高、热敏性高等材料特性,被认为是最难加工材料之一。离子束抛光作为非接触加工技术,因其不会对所加工表面造成破坏的特点而被广泛应用于光学元件表面的超精密加工。本文提出利用离子束刻蚀抛光和离子束沉积修正抛光相结合的方式实现KDP晶体表面的超精密抛光,利用有限元仿真技术研究表面杂质的存在对晶体抗激光损伤阈值的影响,根据仿真结果优化了KDP晶体抛光工艺。针对抛光过程中所面临的问题和挑战,本文做了以下几个方面的研究:(1)离子束刻蚀抛光KDP晶体特性的研究。对KDP晶体进行刻蚀抛光实验,研究了抛光角度、离子束能量、抛光时间和氩气流量对抛光后的表面粗糙度的影响,得到了KDP抛光结果随着上述参数变化的演变特性。最后根据上述演变特性设计正交实验获得离子能量为400e V,氩气流量为25sccm、抛光时间为44min的最优刻蚀抛光参数,将KDP晶体表面粗糙度由2.50nm降低为1.68nm。(2)KDP晶体表面杂质对其抗激光损伤阈值影响的研究。利用有限元仿真技术,建立了激光辐照下的KDP晶体热力学模型,分析在具有表面杂质存在的情况下,KDP晶体表面的温度场和应力场分布。结果表明:无杂质存在时,KDP晶体发生体损伤的概率最大,而当表面杂质存在时,晶体发生面损伤的概率最大;表层杂质的存在会降低晶体的抗激光损伤阈值,且杂质尺寸越大,晶体抗激光损伤阈值越低。根据仿真结果,确定了在离子束沉积修正工艺中,需采用过刻蚀法对平坦化层进行完全去除。(3)离子束沉积修正抛光KDP晶体的研究。研究了不同材料,不同初始粗糙度,不同沉积角,不同沉积、刻蚀工艺下的晶体表面粗糙度演变情况。最终确定了以下工艺参数:溅射靶材为硅靶,沉积角为90°,氩气流量35sccm,沉积工艺离子束能量为600e V、沉积时间为176min,刻蚀工艺离子束能量为500e V、刻蚀时间为154min。最后利用已确定的工艺参数对离子束刻蚀抛光后的KDP晶体进行离子束循环沉积修正抛光,在第三次工艺循环后,晶体表面的粗糙度约为1.40nm。抛光效果满足课题预期目标。