[发明专利]一种射频板条CO2激光器电极表面镀膜方法

说明书

技术领域

本发明属于激光器技术领域，更具体地，涉及一种射频板条CO₂激光器电极表面镀膜方法。

背景技术

射频板条CO₂激光器电极板兼具射频放电、扩散冷却、光学波导三方面功能；电极材料表面对CO₂激光的反射率、电极波导材料对CO₂激光的吸收损耗、电极表面对激光冲击损伤的抵抗、电极材料的热传导性能，一直制约激光器朝功率高、使用寿命长，高光束质量与高热稳定性方向发展。

大功率射频板条CO₂激光器采用铜材料做电极；铜材料的电极表面直接用来放电，经过一段时间的放电后，经放电氧化、受激光冲击损伤使得铜电极表面粗糙度增加，反射率下降，进而导致激光器谐振腔中CO₂激光的传输波导损耗增加，射频放电不再均匀，激光功率下降且功率不稳定；传统的镀膜采用阳极氧化或者化学沉积法，前者所镀膜层不够致密，对铜难以起到保护作用，后者在化学反应过程中温度不易控制，电极容易形变。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种射频板条CO₂激光器电极表面镀膜方法，其目的在于解决射频板条CO₂激光器使用寿命短，功率不稳定的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种射频板条CO₂激光器电极表面镀膜方法，包括如下步骤：

(1)依次采用溶剂清洗和电化学清洗的方法对射频板条CO₂激光器电极进行清洗；

(2)将清洗后的射频板条CO₂激光器电极置于预热的真空环境下加热烘干、并进行离子轰击清洗；

(3)在负偏压、真空条件下，在Ar气氛下给射频板条CO₂激光器电极镀Al膜，形成铝靶；

(4)提高溅射温度，在O₂和Ar气氛下通过溅射镀膜在铝靶表面氧化生成Al₂O₃薄膜。

优选地，上述射频板条CO₂激光器电极表面镀膜方法，步骤(4)采用恒功率溅射，溅射功率250W；采用该溅射功率既保证溅射炉内能产生辉光放电，又不至于使得铝靶表面温度过高出现熔蚀、沉积物内应力升高导致影响膜基结合强度。

优选地，上述射频板条CO₂激光器电极表面镀膜方法，步骤(4)的溅射气压为0.087～0.065Pa；相对上述的溅射气压而言，若溅射气压过低，放电减弱甚至无法维持辉光放电，以至于溅射无法进行，随着工作气压的逐渐增大，反应气体的密度增大，从而增大沉积速率；若溅射气压过高，由于溅射出来的金属离子与气体碰撞的机会增加，使得溅射出来的金属离子能量降低，导致膜层沉积速率下降，会影响膜层的光学性能及力学性能。

优选地，上述射频板条CO₂激光器电极表面镀膜方法，步骤(4)中O₂气氛的浓度为16％～22％；

随着O₂浓度的增大对Ar气造成分压，使得Ar气的溅射效率降低，从而降低Al₂O₃膜的生成速度，并且使得铝靶表面部分氧化生成Al₂O₃，形成Al和Al₂O₃共溅射，导致Al溅射速率降低，使得Al₂O₃沉积速率趋于平稳、缓慢。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)采用本发明的方法在射频板条CO₂激光器的铜电极镀波导介质膜，使射频板条CO₂激光器的平板电极形成全反射波导、以改善紫铜材料做电极引起的激光器放电过程中的弧光放电、高温溅射导致电极表面出现坑洼以及长时间放电后功率大幅度下降的问题，降低光波导传输损耗对高功率射频板条CO₂激光器，使得高功率射频板条CO₂激光器具备了长时间、高功率稳定输出的能力；

(2)本发明所提供的方法，所镀膜层厚度在微米量级，既不影响气体放电过程中热量通过电极冷却水道的传输，又保证膜层成分均匀，表面平整度良好；