[发明专利]用于光泵浦源的表面放电陶瓷基板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料及其制备技术领域，具体涉及一种用于光泵浦源的表面放电基板及其制备方法。

背景技术

XeF(C-A)激光波段与大气、水下传输的最佳窗口相吻合，衰减小，在水下通信等领域有着潜在的应用前景。XeF(C-A)激光按产生泵浦光(140nm～170nm)的方式，可分为三种形式：(1)电子束泵浦Xe气产生172nm附近的荧光；(2)爆炸丝熔断产生的等离子宽带强真空紫外光辐射；(3)表面放电产生的等离子体宽带强真空紫外光辐射。电子束泵浦Xe气产生的荧光波长为172nm，处于光解XeF₂的波段(140nm～170nm)的边缘，效率低，不易实现重复频率运行。爆炸丝熔断产生泵浦光的方式只能单次运行。表面放电等离子体辐射光谱中含有丰富的紫外和真空紫外辐射，且具有在所需光谱范围内进行辐射增强、可标定放大获得大面积平面或柱面放电、结构简单及可重复频率运行等特点，是XeF(C-A)激光泵浦源常采用的表面放电形式。

在表面放电光泵浦源中，表面放电基板处于高场强的电场之中，因此要求其必须具有高的介电强度和高的电阻率。在施加触发电压后，基板表面与介质气体的界面上出现气体放电现象，放电等离子体温度高达几十千K，会对基板造成辐射加热和烧蚀；而且，由于电场的作用，放电等离子体向基板高速轰击，对其造成强烈的烧蚀效应。随着放电次数的增加，由于等离子体的烧蚀，基板的耐烧蚀层厚度逐渐减小，当厚度小于临界值时，耐烧蚀层就会发生体击穿效应。此外，烧蚀也会改变基板的表面组成和形貌，从而影响表面放电的辐射特性。基板材料的抗烧蚀性能直接影响表面放电光泵浦源的放电辐射特性和寿命。基板材料抗烧蚀性能强，单次放电对基板的烧蚀量少，因此，表面放电光泵浦源的寿命长；反之，光泵浦源的寿命就短。

早期应用于光泵浦源的表面放电基板均由有机材料制成，其中聚四氟乙烯(PTFE)应用最多。有机表面放电基板的抗烧蚀性能差，在表面放电过程中的烧蚀量大，且由于有机物烧蚀会在基板表面沉积形成碳层，造成电阻率下降，对表面放电特性和辐射特性造成较大影响，从而使表面放电光泵浦源的性能和使用寿命受限。随后，研究者们采用了抗烧蚀性能优于有机物的无机陶瓷基板，如单纯氧化铝、铅陶瓷、钛酸钡陶瓷基片等，其中应用最多的是氧化铝陶瓷基板。然而，目前应用的基板材料(包括无机材料和有机材料)仍然无法满足应用的需要。表面放电基板需要满足以下要求：(1)良好的耐烧蚀性能；(2)烧蚀后不形成金属沉积物；(3)良好的抗热震；(4)高电阻率；(5)高介电强度；(6)足够的强度和韧性。单纯的陶瓷基板其抗烧蚀性能仍然不能满足基板抗放电等离子体烧蚀的要求，也难以满足前述苛刻的使用环境要求。

当前，受表面放电基板的抗烧蚀性能所限，表面光放电光泵浦源的运行寿命短，限制了大功率重频XeF(C-A)蓝绿激光器在激光水下领域的应用。因此，发展高性能耐烧蚀的表面放电基板，是提高表面放电激光泵浦源的运行寿命和推进XeF(C-A)蓝绿激光器实用化的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种耐等离子体烧蚀、重复使用次数高的用于光泵浦源的表面放电陶瓷基板，还相应提供一种工艺过程简单、产品性能好、成本低的前述表面放电陶瓷基板的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种用于光泵浦源的表面放电陶瓷基板，所述表面放电陶瓷基板包括陶瓷本体和沉积于陶瓷本体上的金刚石耐烧蚀涂层，且所述金刚石耐烧蚀涂层仅沉积在陶瓷本体表面将产生表面放电的区域。

上述的表面放电陶瓷基板，优选的，所述陶瓷本体为氧化铝陶瓷或氧化铍陶瓷。

上述的表面放电陶瓷基板，优选的，所述金刚石耐烧蚀涂层是以机械结合和化学键合方式连接在陶瓷本体的表面，且厚度为40.0μm～100.0μm，且表面电阻1.5×10¹²Ω·cm～9.0×10¹²Ω·cm。