由于在惯约装置中的强激光辐照下,有缺陷的表面形貌或含污染物黏附的光学元件极易损伤,熔石英光学元件损伤阈值随污染程度的加深急剧下降。观测发现元件表面部分区域极易污染,且一旦被有机污染物侵蚀就难以被清洗而达到洁净度规范,因此须从微观视角对其粘附机理进行探究。本文就是以光学元件材料“熔石英”为研究对象,针对上述问题,借助于分子动力学模拟与球谐函数表征对熔石英微观组织结构粘附机理和拓扑纳结构表面形貌润湿性深入分析,为实现对熔石英微观几何构型探索及自洁净功能表面、光学元件清洗工艺的发展提供基础理论和技术支撑。首先,明确了本文的研究思想和方法,并对光滑熔石英表面的探究发现,存在易黏附有机分子的表面微观势阱。通过对表面几何形状误差分解、性能优越的生物表面微纳复合结构以及对准晶体和金属玻璃研究的阐述得到了本文的研究思想。基于研究的空间尺度确定了以分子动力学理论为基础仿真,分别构建了水分子团簇、环形油分子于平面基底上以验证模拟的正确性,并探究了环形油分子在表面的粘附状态。利用分子动力学仿真了水滴在多种尺度各类表面纳结构形貌上的吸附过程,研究了水分子团簇的吸附作用机理和不同纳结构的表面润湿性。任意表面形貌可分解为不同正弦型表面的叠加,因此构造出不同振幅和频率的正弦型纳结构阵列及复眼型纳结构特征表面模型,在建立的基底模型上加入水滴模拟了吸附作用,结合水滴接触角、质量密度分布、质心高度探究其在不同纳结构表面的动态吸附过程、分析稳态表面润湿性及团簇形状,同时,将上述拓扑表面与矩形槽型、正方柱型表面阵列对比,从而得到了熔石英表面不同形貌特征的影响规律和水滴吸附作用机理。随后,运用球谐函数法统计与表征熔石英材料的微观组织结构,并分析了材料的中程有序性,合理解释了熔石英内部准晶体构型存在的必然性,最后构建准晶体熔石英材料探究表面润湿性以及油分子粘附机理。通过MD方法构建了块状熔石英材料,利用径向分布函数法验证模型的合理性。推导了球谐函数公式后自行编程对熔石英微观组织结构探究,发现在0.25nm≤r截断≤0.35nm范围内大部分原子的近邻原子数为4或8个。以0.3nm为研究尺度,发现熔石英中有39.95%的原子“中程有序”,且空间几何构型中“二十面体”占比最多。局部可视化分析得出,准晶体构型的存在是由于熔石英内部原子的空间结构保留了液态的无序性,成为中心氧原子的近邻原子亦有可能是周边四面体构型顶点上的原子。最后,利用干法刻蚀的手段在光学元件表面加工出多种尺度的微结构阵列,结合分子动力学的仿真探究了不同特征参数对表面润湿性的影响规律。通过比较分析不同加工工艺参数优缺点,最终确定了利用NLD刻蚀的手段并成功地在高硬度、耐腐蚀的光学元件表面构筑出了槽型阵列,借助白光干涉仪表征了加工的微结构形貌,利用接触角测量仪对制备出的微结构表面润湿性进行了实验性的测定与统计,并与仿真对比发现,水滴在光学元件表面上的吸附形态均是水柱状,并且随着结构单元的槽距或尺寸大小改变,仿真模拟与接触角实验测得的润湿性变化规律一致。