随着透镜等光学器件在光电民用产品、天文观测系统、高能激光系统中的广泛应用,传统光学加工技术已无法满足其低成本、高效率、无损伤等要求。大气等离子体光学加工基于化学刻蚀原理,不仅具有较高加工速率,非接触的加工方式还可有效避免加工表面出现机械损伤和裂纹,是一种极具发展前景的新型光学加工技术。然而,电感耦合等离子体（Inductively coupled plasma,ICP）炬管作为产生等离子体射流的关键装置,其结构对其工作稳定性和使用寿命的影响作用并不明晰;此外,光学加工的效率和精度由去除函数决定,其与等离子体射流的特性（温度、激发、形态）密切相关,目前真实工况下的射流特性无法被量化诊断,去除函数和炬管工作参数仍需通过繁琐耗时的加工实验确定。针对上述问题,本文通过模拟仿真探究炬管结构对其内部压力场、温度场及流场的影响规律,从而确定出具有更高工作稳定性和使用寿命的炬管结构;建立射流诊断系统,实现射流各项特性的量化诊断,并根据射流特性的诊断结果确定炬管的优选工作参数和加工去除函数。本文的主要研究内容及结论如下:（1）设计组合式ICP炬管,通过模拟仿真探究炬管结构对其内部压力场、温度场及流场的影响规律。基于等离子体通道模型确定炬管的结构方案,通过特定零件和密封圈实现各个替换管件的定位与紧固,安装方式简单可靠且有利于提高炬管的同轴度。当斜孔--旋气槽进气结构的气旋角度分别为10°和20°,且合理调节各路气体流量时,炬管内部的压力值较低,具有较高工作稳定性。炬管内部存在峰值温度超过10000 K的环形高温区与流体淤塞区域;当线圈的近端位置与中层管端面平齐时,炬管内壁的最高温度可降至800 K,有利于延长炬管的使用寿命。（2）构建射流诊断系统,根据射流温度和激发特性确定量化诊断指标。射流温度和激发特性由基于双色测温法和原子发射光谱的射流诊断系统快速获取。根据射流的温度、激发特性及形态特征,定义出边缘温度区域和有效激发区域,并从两个区域定义长度（L和L’）、半高宽度（W和W’）、尖端偏移距离（D和D’）、以及两区域面积比（AR）指标,实现真实工况下射流特性的量化诊断。（3）根据射流特性诊断结果确定优选工作参数,并验证其加工稳定性。射频功率会显著影响射流的温度和激发程度,从而改变有效激发区域中的各项指标;刻蚀气体流量的提高有助于提高射流的激发程度;等离子体工作气和冷却气的流量过低或过高都会降低射流刚度。依照设定逻辑可快速确定炬管的优选工作参数,其产生的等离子体射流具有较高加工稳定性。加工轮廓的半高宽度和最大去除深度的波动分别在0.17 mm和6.1 nm内,验证了诊断指标的有效性。（4）建立基于射流诊断的去除函数预测模型,并验证其预测结果的精度。通过关联分析工件表面的射流温度与加工轮廓,验证了基于射流特性诊断结果预测去除函数的可行性。工艺参数在满足工件透光性要求时呈现出多项式影响规律,以此提出加工轮廓的计算方法,对其反卷积运算后建立由计算宽度、有效加工长度、加工距离、加工速度为输入的去除函数预测模型。去除函数的实验结果与预测结果比较接近,其半高宽度和峰值去除率的最大偏差分别为5.82%和10.22%,基本达到诊断射流特性预测去除函数的目标。