本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種射頻板條CO₂激光器電極表面鍍膜方法。

背景技術(shù)：

射頻板條CO₂激光器電極板兼具射頻放電、擴(kuò)散冷卻、光學(xué)波導(dǎo)三方面功能；電極材料表面對CO₂激光的反射率、電極波導(dǎo)材料對CO₂激光的吸收損耗、電極表面對激光沖擊損傷的抵抗、電極材料的熱傳導(dǎo)性能，一直制約激光器朝功率高、使用壽命長，高光束質(zhì)量與高熱穩(wěn)定性方向發(fā)展。

大功率射頻板條CO₂激光器采用銅材料做電極；銅材料的電極表面直接用來放電，經(jīng)過一段時(shí)間的放電后，經(jīng)放電氧化、受激光沖擊損傷使得銅電極表面粗糙度增加，反射率下降，進(jìn)而導(dǎo)致激光器諧振腔中CO₂激光的傳輸波導(dǎo)損耗增加，射頻放電不再均勻，激光功率下降且功率不穩(wěn)定；傳統(tǒng)的鍍膜采用陽極氧化或者化學(xué)沉積法，前者所鍍膜層不夠致密，對銅難以起到保護(hù)作用，后者在化學(xué)反應(yīng)過程中溫度不易控制，電極容易形變。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種射頻板條CO₂激光器電極表面鍍膜方法，其目的在于解決射頻板條CO₂激光器使用壽命短，功率不穩(wěn)定的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種射頻板條CO₂激光器電極表面鍍膜方法，包括如下步驟：

(1)依次采用溶劑清洗和電化學(xué)清洗的方法對射頻板條CO₂激光器電極進(jìn)行清洗；

(2)將清洗后的射頻板條CO₂激光器電極置于預(yù)熱的真空環(huán)境下加熱烘干、并進(jìn)行離子轟擊清洗；

(3)在負(fù)偏壓、真空條件下，在Ar氣氛下給射頻板條CO₂激光器電極鍍Al膜，形成鋁靶；

(4)提高濺射溫度，在O₂和Ar氣氛下通過濺射鍍膜在鋁靶表面氧化生成Al₂O₃薄膜。

優(yōu)選地，上述射頻板條CO₂激光器電極表面鍍膜方法，步驟(4)采用恒功率濺射，濺射功率250W；采用該濺射功率既保證濺射爐內(nèi)能產(chǎn)生輝光放電，又不至于使得鋁靶表面溫度過高出現(xiàn)熔蝕、沉積物內(nèi)應(yīng)力升高導(dǎo)致影響膜基結(jié)合強(qiáng)度。

優(yōu)選地，上述射頻板條CO₂激光器電極表面鍍膜方法，步驟(4)的濺射氣壓為0.087～0.065Pa；相對上述的濺射氣壓而言，若濺射氣壓過低，放電減弱甚至無法維持輝光放電，以至于濺射無法進(jìn)行，隨著工作氣壓的逐漸增大，反應(yīng)氣體的密度增大，從而增大沉積速率；若濺射氣壓過高，由于濺射出來的金屬離子與氣體碰撞的機(jī)會增加，使得濺射出來的金屬離子能量降低，導(dǎo)致膜層沉積速率下降，會影響膜層的光學(xué)性能及力學(xué)性能。

優(yōu)選地，上述射頻板條CO₂激光器電極表面鍍膜方法，步驟(4)中O₂氣氛的濃度為16％～22％；

隨著O₂濃度的增大對Ar氣造成分壓，使得Ar氣的濺射效率降低，從而降低Al₂O₃膜的生成速度，并且使得鋁靶表面部分氧化生成Al₂O₃，形成Al和Al₂O₃共濺射，導(dǎo)致Al濺射速率降低，使得Al₂O₃沉積速率趨于平穩(wěn)、緩慢。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)采用本發(fā)明的方法在射頻板條CO₂激光器的銅電極鍍波導(dǎo)介質(zhì)膜，使射頻板條CO₂激光器的平板電極形成全反射波導(dǎo)、以改善紫銅材料做電極引起的激光器放電過程中的弧光放電、高溫濺射導(dǎo)致電極表面出現(xiàn)坑洼以及長時(shí)間放電后功率大幅度下降的問題，降低光波導(dǎo)傳輸損耗對高功率射頻板條CO₂激光器，使得高功率射頻板條CO₂激光器具備了長時(shí)間、高功率穩(wěn)定輸出的能力；

(2)本發(fā)明所提供的方法，所鍍膜層厚度在微米量級，既不影響氣體放電過程中熱量通過電極冷卻水道的傳輸，又保證膜層成分均勻，表面平整度良好；

(3)本發(fā)明所提供的方法，在射頻板條CO₂激光器的銅電極表面制備的Al₂O₃薄膜對10.6微米波段掠入射的CO2激光有很高的反射率，且Al₂O₃薄膜與銅電極表面有較好的結(jié)合強(qiáng)度、在放電過程中無脫落，能夠提高表面抗電子濺射、耐高溫，耐氧化、耐摩擦的能力。

附圖說明

圖1是實(shí)施例中沉積速率隨氧氣濃度的變化關(guān)系曲線圖；

圖2是不同入射角所對應(yīng)的所對應(yīng)的鍍膜層表面反射率示意圖；

圖3是實(shí)施例的電鏡掃描圖和能譜分析圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

實(shí)施例提供的射頻板條CO₂激光器電極表面鍍膜方法，具體包括如下步驟：

(1)依次采用溶劑清洗和電化學(xué)清洗的方法對射頻板條CO₂激光器電極進(jìn)行清洗；

(2)將清洗后的射頻板條CO₂激光器電極置于預(yù)熱的真空環(huán)境下加熱烘干、并進(jìn)行離子轟擊清洗；

(3)在負(fù)偏壓、真空條件下，在Ar氣氛下給射頻板條CO₂激光器電極鍍Al膜，形成鋁靶；

(4)提高濺射溫度，在O₂和Ar氣氛下通過濺射鍍膜在鋁靶表面氧化生成Al₂O₃薄膜。

以下結(jié)合具體的實(shí)施例和附圖來具體闡述：

實(shí)施例1包括如下步驟：

1：預(yù)處理：在大氣狀態(tài)下采用溶劑清洗和電化學(xué)清洗的方法對待鍍膜的工件進(jìn)行清洗；

實(shí)施例1中，預(yù)處理步驟具體如下：

1.1；將待鍍膜的工件浸泡在甲苯溶液中，超聲波清洗10分鐘；

1.2：將步驟1.1清洗后的工件置于去離子水中，超聲波清洗5分鐘；

1.3：將步驟1.2清洗后的工件置于丙酮溶液中，超聲波清洗10分鐘；

1.4：將步驟1.3清洗后的工件置于去離子水中，超聲波清洗5分鐘；

1.5：將步驟1.4清洗后的工件置于乙醇溶液中，超聲波清洗10分鐘；

1.6：將步驟1.5清洗后的工件置于濃度為3％的HF溶液浸泡5分鐘；

2：將預(yù)處理后的工件置于已預(yù)熱并抽真空的爐內(nèi)，并將溫度升至280℃烘干工件；其中，爐體預(yù)熱溫度為230℃，爐內(nèi)本底真空為8.7×10^-2Pa；

3：將工件冷卻后采用丙酮清洗；

4：將清洗后的工件置于真空爐內(nèi)，在負(fù)偏壓700V條件下，將爐體加溫至100℃，保持13min；

5：在196V的負(fù)偏壓、115Pa的Ar氣氛下給工件表面鍍Al膜；

6：將爐內(nèi)溫度升至300℃，通入O₂，通過濺射在Al膜表面氧化沉積生成Al₂O₃薄膜。

實(shí)施例2～實(shí)施例6的具體步驟與上述實(shí)施例1相同，區(qū)別在于步驟2中的爐內(nèi)本底真空度，以及步驟6的部分參數(shù)；實(shí)施例1～6的參數(shù)具體如下表1所列：

表1實(shí)施例工藝參數(shù)列表

上述實(shí)施例中，在O₂濃度從16％增大到20％的過程中，沉積速率從2.0nm/s急劇降到0.2nm/s后趨于穩(wěn)定，如圖1所示，在該過程中，隨著O₂濃度的增大，膜層成分從Al逐步過渡到Al+A1₂O₃，鋁靶變成Al+A1₂O₃靶，濺射出來混合物模式的粒子，由于A1₂O₃靶濺射速率極低，這種模式降低了濺射速率，影響濺射產(chǎn)額；當(dāng)O₂濃度從20％增大到22％時(shí)，膜層沉積速率從0.2nm/s平緩降到0.1nm/s，鍍膜過程趨于平穩(wěn)。

使用NEXUS 670型傅里葉紅外光譜儀對實(shí)施例6所獲得的鍍膜電極與裸銅電極進(jìn)行表面反射率測試，入射角(入射光線與膜層法線夾角)分別為30°、45°、60°、80°；所測波長范圍2.5μm～25μm。

測試結(jié)果如圖2所示，當(dāng)入射角為30°時(shí)，對于波長為10.6微米的CO₂激光，鍍膜層表面反射率最大值為45％，波長10.6微米處沒有出現(xiàn)反射高峰；當(dāng)入射角為45°、60°、80°時(shí)10.6微米波段反射峰均升高，反射率最高達(dá)85％，實(shí)施例提供的鍍膜方法在射頻板條CO₂激光器電極表面所鍍的這種Al₂O₃膜的反常色散效應(yīng)得到了驗(yàn)證。

對實(shí)施例1在射頻板條CO₂激光器電極表面所鍍的鍍膜電極進(jìn)行反射功率損耗檢測；調(diào)節(jié)玻璃管激光器出光功率18.9W恒功率輸出，激光入射角度(入射光線與電極法線夾角)范圍10°～80°；測試得到的反射激光功率曲線如圖3所示，恒功率18.9W的CO₂激光以10°～80°的入射角分別入射到裸銅電極表面與實(shí)施例1所鍍的鍍膜電極表面時(shí)，裸銅電極與鍍膜電極對CO₂激光的反射功率均值分別為11.6W和16.6w；在10°～80°入射角度范圍內(nèi)的測試結(jié)果表明，實(shí)施例1鍍膜之后的鍍膜電極對CO₂激光的反射功率功率損耗為39％，未經(jīng)鍍膜處理的裸銅電極表面對CO₂激光的反射功率損耗均值為15％；

上述表面反射率測試與反射功率損耗檢測表明本發(fā)明所提供的這種鍍膜方法，在射頻板條CO₂激光器的平板電極表面形成全反射波導(dǎo)、降低了光波導(dǎo)傳輸損耗，對高功率射頻板條CO₂激光器的長時(shí)間高功率穩(wěn)定輸出具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。