《薄膜光學(xué)與技術(shù)》2012期末考試試題A-答案

1、2012-2013學(xué)年第1學(xué)期薄膜光學(xué)與技術(shù)期末考試試題（A卷）參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一、 填空題 （每空1分，共24分）1、在折射率為3.5的基底表面鍍單層減反射膜，對(duì)于4000nm的光波，理論上能達(dá)到最佳減反射效果的薄膜折射率為： 1.8708 ，需要鍍制的薄膜光學(xué)厚度為 1000 nm。2、若薄膜的折射率為n，光線(xiàn)在薄膜內(nèi)的折射角為，則s、p光的修正導(dǎo)納分別為 ncos 、 n/cos 。3、對(duì)于波長(zhǎng)為的光來(lái)說(shuō)，單層膜的光學(xué)厚度每增加 /4 ，薄膜的反射率就會(huì)出現(xiàn)一次極值變化。當(dāng)薄膜的折射率小于基底折射率時(shí)，出現(xiàn)的第一個(gè)反射率極值是 極小 （極大、極?。┲?。4、虛設(shè)層的形成條件是： 薄膜的光

2、學(xué)厚度等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍 。5、周期性對(duì)稱(chēng)膜系(pqp)s的等效折射率和 基本周期/pqp 的等效折射率完全相同，其等效位相厚度等于 基本周期的s倍 。6、折射率為n1，光學(xué)厚度為0/4，基底的折射率為ns，那么，該單層膜與基底的組合導(dǎo)納為： 7、介質(zhì)高反射膜的波數(shù)寬度僅與兩種膜料的 折射率 有關(guān)，折射率 差值越大 ，高反射帶越寬。8、熱偶真空規(guī)是通過(guò)測(cè)量溫度達(dá)到間接測(cè)量 真空 的目的。9、鍍膜室內(nèi)真空度高表明氣體壓強(qiáng) 小 ，真空度低則氣體壓強(qiáng) 大 。10、薄膜幾何厚度的監(jiān)控通常用 石英晶振 膜厚儀來(lái)實(shí)現(xiàn)，光學(xué)厚度常常采用 光電 膜厚儀來(lái)監(jiān)控。11、采用PVD技術(shù)制造薄膜器件時(shí)，薄膜折射率的誤

3、差主要來(lái)自三個(gè)方面： 膜層的聚集密度 、 膜層的微觀(guān)組織物理結(jié)構(gòu) 、 膜層的化學(xué)成分 。12、改善膜層厚度均勻性的措施包括 旋轉(zhuǎn)夾具 和 膜層厚度調(diào)節(jié)板 。13、采用光電極值法監(jiān)控膜厚，如果需要鍍制光學(xué)厚度為900nm的薄膜，在500-700nm范圍內(nèi)，可以選取的監(jiān)控波長(zhǎng)為 600 和 514.3 nm。二、辨析題：先回答以下說(shuō)法是否正確？然后說(shuō)明理由或修改正確。（15分）說(shuō)明：以上各題判斷正確1分，原因敘述正確或修改正確2分（對(duì)于正確的表述，可以不說(shuō)明原因）。敘述不完全的根據(jù)實(shí)際情況酌情給分。1、膜層的有效位相厚度表示為： ，當(dāng)光波斜入射時(shí)，對(duì)于s光和p光而言，要分別代入修正后的折射率值進(jìn)行

4、運(yùn)算。答：錯(cuò)誤。膜層的有效位相厚度表示為： ，當(dāng)光波斜入射時(shí)，無(wú)論對(duì)于s光和p光而言，折射率值均是同一個(gè)值。2、介質(zhì)高反射膜無(wú)論入射角下多大，其s偏振和p偏振光所對(duì)應(yīng)的帶寬都是相同的。答：錯(cuò)誤。介質(zhì)高反射膜在垂直入射條件下，s偏振和p偏振光所對(duì)應(yīng)的帶寬都是相同的；而在斜入射條件下，由于s偏振和p偏振光的修正導(dǎo)納不同，從而導(dǎo)致其帶寬也不同，此時(shí)，s偏振光所對(duì)應(yīng)的帶寬大于p偏振光所對(duì)應(yīng)的帶寬。3、測(cè)量鍍膜樣片的透射率時(shí)，將鍍膜面向著光源和背對(duì)光源測(cè)得的結(jié)果相同。答：正確。透射率測(cè)量與測(cè)量方向無(wú)關(guān)，無(wú)論膜層是否存在吸收。4、膜系G/M2HLHLHL/A中，低折射率膜層的幾何厚度均為。答：錯(cuò)誤。膜系中

5、，低折射率膜層的光學(xué)厚度均為，而不是幾何厚度。5、PVD真空鍍膜機(jī)的真空系統(tǒng)，一般需要一臺(tái)擴(kuò)散泵就可以完成抽氣過(guò)程。答：錯(cuò)誤。要達(dá)到PVD鍍膜的真空度，一般需要機(jī)械泵（低真空泵）和擴(kuò)散泵（高真空泵）組合抽氣才能達(dá)到。三、問(wèn)答題 （每題7分，共21分）1、什么是單層介質(zhì)膜層反射率的雙重周期性？其周期性的主要特點(diǎn)有哪些?答：?jiǎn)螌咏橘|(zhì)膜的反射率會(huì)隨著薄膜位相厚度的變化而呈現(xiàn)周期性變化（2分）；當(dāng)膜厚確定后，隨著光波波長(zhǎng)的變化，反射率會(huì)隨之發(fā)生周期性變化（2分）。隨厚度變化的周期呈現(xiàn)間隔相等，而隨波長(zhǎng)變化的周期不等，波長(zhǎng)越大，周期越長(zhǎng)。如將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為光波頻率，則隨頻率不同，反射率的周期是等間隔的（1分

6、）。說(shuō)明：周期性每正確一點(diǎn)2分，特點(diǎn)回答正確1分。2、在鍍膜前與鍍膜過(guò)程中，常常需要進(jìn)行離子束轟擊，在這兩個(gè)過(guò)程中，離子束輔助的作用是什么？答：鍍膜前的離子轟擊：用離子束轟擊將要鍍膜的零件表面（取代低真空離子轟擊），既起到清洗被鍍表面、活化表面的作用，又壓縮了離子轟擊的時(shí)間，更重要的是使離子轟擊的作用得到了最大程度的發(fā)揮。（2分）鍍中轟擊：濺射突出島，消除陰影效應(yīng)，破壞柱狀結(jié)構(gòu)，形成均勻填充生長(zhǎng)（2分）；膜層受到轟擊獲得能量，可以產(chǎn)生級(jí)聯(lián)碰撞，增加原子/分子的遷移率，有利于致密成膜（2分）；晶格振動(dòng)加劇，形成局部熱峰，產(chǎn)生淬火效應(yīng)。（1分）3、極值法監(jiān)控膜厚有哪些技巧，請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明。答：主要有3

7、種方法：過(guò)正控制，選用比由nd=/4確定的波長(zhǎng)稍微短一點(diǎn)的波長(zhǎng)作為監(jiān)控波長(zhǎng)，允許T或R有一定的過(guò)正量，讓停鍍點(diǎn)避開(kāi)極值點(diǎn)（3分）；高級(jí)次監(jiān)控，增大T或R的變化總幅度，減小T或R的相對(duì)判斷誤差，提高膜層厚度的控制精度（2分）；預(yù)鍍比較片，是通過(guò)提高監(jiān)控片的等效導(dǎo)納，增大T或R的變化總幅度，減小了T或R的相對(duì)判斷誤差（2分）。四、 計(jì)算題（每題10分，共40分）注：計(jì)算結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后2位，透射率或反射率以百分?jǐn)?shù)表示。1、K9平板玻璃單面鍍制單層光學(xué)厚度280nm的MgF2膜層后，它對(duì)波長(zhǎng)1120nm、 560nm的反射率各是多少？光線(xiàn)0入射，不考慮另一面的影響。（玻璃ng=1.52；薄膜nf=

8、1.38）解：因?yàn)楣鈱W(xué)厚度280nm是1120nm波長(zhǎng)的1/4（1分），因此對(duì)1120nm的光波，組合導(dǎo)納 （2分）故 （3分）對(duì)于560nm的波長(zhǎng)，薄膜光學(xué)厚度是波長(zhǎng)的1/2，因此相當(dāng)于虛設(shè)層，（1分） （3分）說(shuō)明：對(duì)1/4波長(zhǎng)及虛設(shè)層判斷正確各1分，3個(gè)公式正確各2分，計(jì)算結(jié)果正確各1分。如果沒(méi)有分步計(jì)算，或沒(méi)有判斷膜層特點(diǎn)，根據(jù)其運(yùn)算及理解程度酌情給分。如果運(yùn)算完全正確，而沒(méi)有判斷膜層特點(diǎn)，不扣分。2、石英玻璃基底上鍍制高反膜G/(HL)5H/A，若鍍膜材料為ZnS和MgF2，求峰值反射率和中心波長(zhǎng)處反射帶的波長(zhǎng)寬度？（中心波長(zhǎng)500nm；ZnS折射率為2.15；MgF2折射率為1.3

9、8；玻璃ng=1.46）解：組合導(dǎo)納為 （2分）峰值反射率 （2分）波數(shù)寬度 （2分）波長(zhǎng)寬度 （2分）說(shuō)明：每個(gè)步驟的公式正確各2分，4個(gè)計(jì)算結(jié)果正確共2分。如果沒(méi)有進(jìn)行分步運(yùn)算，根據(jù)計(jì)算情況酌情給分。3、已知，窄帶濾光膜系GHLHLHLHLH2LHLHLHLHA的峰值透射率是多少？（不考慮基底背表面的影響）解：根據(jù)2H或2L為虛設(shè)層的特點(diǎn)，膜系可以等效為GHLG結(jié)構(gòu)， （2分）組合導(dǎo)納 （3分） 膜系中可以看出，入射介質(zhì)為空氣，因此反射率為 （3分） 所以，膜系的透射率最終為 （2分）說(shuō)明：如果沒(méi)有進(jìn)行分步運(yùn)算，根據(jù)計(jì)算情況酌情給分。4、圖示為K9平板玻璃（ng=1.5）單面鍍制單層膜的反射率曲線(xiàn)（膜基界面反射率，不考慮另一面），計(jì)算薄膜的幾何厚度和折射率。其中，反射率極大值的波長(zhǎng)位置為550nm、917nm，反射率極小值的波長(zhǎng)位置為458nm、688nm、1375nm。30%4%R400nm1500nm解：根據(jù)單層膜光譜特性及極值點(diǎn)的條件，設(shè)917nm的干涉級(jí)次為m，則550nm處的干涉級(jí)次為m+2，由 得 （2分）解得m=3 （1分）于是 （1分）要計(jì)算薄膜折射率，首先要確定不鍍膜基底的反射率，由單一界面反射率表達(dá)式， （1分）可知，