高精度、无亚表层损伤的光学镜片在惯性约束核聚变等大科学工程中广泛应用,成为决定工程进展的关键因素之一。其中,复杂自由曲面的高效无损伤加工尤为困难,成为先进光学制造面临的重大挑战。大气等离子体加工技术是一种可控的化学刻蚀加工方法,能够达到亚毫米级加工分辨率,为复杂自由曲面的无损加工提供了切实可行的新途径。然而,当前大气等离子体加工的去除速率、长时间加工稳定性仍无法满足大批量高精度光学零件生产加工的需要。在大气等离子体加工中,射频能量经等离子体炬耦合作用,激发反应气体产生活性刻蚀粒子,因此,能量耦合效率和炬工作稳定性是制约去除速率和加工稳定性的核心问题。高效而稳定的等离子体炬的研制是目前等离子体加工应用尤为必要和迫切的工作。以实现高效、稳定加工为目标,本文研制了新型大气等离子体射流炬,采用理论仿真与实验监测相结合的手段研究其放电特性,通过工艺实验证明了其高效加工的能力,并提出了能够实现长期稳定加工的“间断加工方法”。首先,面向高分辨率复杂曲面加工的需要,根据气体放电原理,设计了两种大气等离子体射流炬,对其进行点火调试,监测电压电流,分析放电模式,优选出针孔电极炬作为研究对象。采用单因素法,实验研究气体流量、加工距离对去除函数的影响规律,发现合理的氧气配比能够大幅度提高加工效率,实现了高效加工的目标。然后对等离子体炬由外部到内部进行理论、仿真研究。建立外部功率匹配网络模型,得到功率最大化耦合条件,结合电压电流监测的方法,分析了等离子体炬电学特性的变化;对等离子体炬内部放电过程,以COMSOL多物理场仿真软件为平台,建立流场、组分场仿真模型。并以此为基础,建立等离子体炬放电区的容性耦合等离子体放电模型,探究不同放电模式下的活性粒子密度和分布的差异性。最后,对针孔电极炬进行了加工稳定性实验研究。以等离子体炬温度监测实验、工件温度对去除速率影响实验为基础,开展加工稳定性实验,探究电极表面特性的演变规律,确定了导致加工不稳定的本质原因为加工过程电极表面生成AlF3膜。在此基础上,实验研究电极材料,以及强制水冷电极对加工稳定性的影响,进而提出了能够实现长时间稳定加工的“大气等离子体间断加工方法”。