安晓明，葛新岗，刘晓晨，李义锋，姜 龙，罗海瀚

(1.河北省激光研究所，石家庄 050081；2.河北普莱斯曼金刚石科技有限公司，石家庄 050081；3.中国科学院上海技术物理研究所，上海 200080)

0 引 言

CO2激光器是工业上常用的激光器之一，在加工、通信、雷达、化学分析、外科手术等领域有着重要应用[1-2]。随着CO2激光器功率的提高，对输出窗口的要求越来越苛刻，目前常用的窗口材料ZnSe[3]、GaAs[4]会在机械应力以及热应力的作用下，发生畸变或者破碎[5]，导致窗口失效、损坏。高功率输出要求窗口必须具有高透过性、高热导率、热稳定性以及机械强度等综合性能。高质量CVD金刚石抗激光(@10.6 μm)损伤峰值能量高达66 J/cm2，峰值功率可达12.7 MW/mm2[6]，同时金刚石在10.6 μm有较高的透过率、极高的热导率和优异的机械性能，这使得金刚石几乎能完美地匹配高功率CO2激光器对窗口材料的需求[7-8]。据报道，美国通用公司将金刚石膜做成大功率激光窗片，可承受高达200 kW的CO2激光输出[9]。

本研究针对高功率CO2激光器窗口应用，采用MPCVD沉积金刚石自支撑膜，膜片双面抛光后作为基片，利用蒸镀法在基片两面镀制10.6 μm波段的增透膜，制作成可以应用于CO2激光器的CVD金刚石基窗口。同时本研究还对所制备的金刚石基片和镀膜后的窗口分别进行了表征。

1 实 验

1.1 CVD金刚石基片的制备实验

实验采用自研的环形天线-椭球谐振腔式MPCVD装置[10]，气体采用CH4/H2体系，其中CH4、H2纯度(体积分数)均高于99.999%，设备漏率2.5×10-6Pa·m3/s。衬底为直径2英寸(1英寸=2.54 cm)(100)取向单晶硅片。沉积前，首先使用粒径为2 μm的金刚石微粉对硅片表面进行研磨处理，随后依次使用去离子水、无水酒精、丙酮对硅片进行超声波清理，烘干后在处理过的表面沉积制备金刚石膜。……