《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、對于波長為的光來說，單層膜的光學(xué)厚度每增加 /4 ，薄膜的反射率就會出現(xiàn)一次極值變化。當(dāng)薄膜的折射率小于基底折射率時，出現(xiàn)的第一個反射率極值是 極小 （極大、極?。┲怠?、虛設(shè)層的形成條件是： 薄膜的光

2、學(xué)厚度等于半波長的整數(shù)倍 。5、周期性對稱膜系(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)是通過測量溫度達(dá)到間接測量 真空 的目的。9、鍍膜室內(nèi)真空度高表明氣體壓強 小 ，真空度低則氣體壓強 大 。10、薄膜幾何厚度的監(jiān)控通常用 石英晶振 膜厚儀來實現(xiàn)，光學(xué)厚度常常采用 光電 膜厚儀來監(jiān)控。11、采用PVD技術(shù)制造薄膜器件時，薄膜折射率的誤

3、差主要來自三個方面： 膜層的聚集密度 、 膜層的微觀組織物理結(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)控波長為 600 和 514.3 nm。二、辨析題：先回答以下說法是否正確？然后說明理由或修改正確。（15分）說明：以上各題判斷正確1分，原因敘述正確或修改正確2分（對于正確的表述，可以不說明原因）。敘述不完全的根據(jù)實際情況酌情給分。1、膜層的有效位相厚度表示為： ，當(dāng)光波斜入射時，對于s光和p光而言，要分別代入修正后的折射率值進(jìn)行

4、運算。答：錯誤。膜層的有效位相厚度表示為： ，當(dāng)光波斜入射時，無論對于s光和p光而言，折射率值均是同一個值。2、介質(zhì)高反射膜無論入射角下多大，其s偏振和p偏振光所對應(yīng)的帶寬都是相同的。答：錯誤。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，s偏振光所對應(yīng)的帶寬大于p偏振光所對應(yīng)的帶寬。3、測量鍍膜樣片的透射率時，將鍍膜面向著光源和背對光源測得的結(jié)果相同。答：正確。透射率測量與測量方向無關(guān)，無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真空鍍膜機的真空系統(tǒng)，一般需要一臺擴(kuò)散泵就可以完成抽氣過程。答：錯誤。要達(dá)到PVD鍍膜的真空度，一般需要機械泵（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有哪些?答：單層介質(zhì)膜的反射率會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，隨著光波波長的變化，反射率會隨之發(fā)生周期性變化（2分）。隨厚度變化的周期呈現(xiàn)間隔相等，而隨波長變化的周期不等，波長越大，周期越長。如將波長轉(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、）。說明：周期性每正確一點2分，特點回答正確1分。2、在鍍膜前與鍍膜過程中，常常需要進(jìn)行離子束轟擊，在這兩個過程中，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（2分）；膜層受到轟擊獲得能量，可以產(chǎn)生級聯(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，請簡要說明。答：主要有3

7、種方法：過正控制，選用比由nd=/4確定的波長稍微短一點的波長作為監(jiān)控波長，允許T或R有一定的過正量，讓停鍍點避開極值點（3分）；高級次監(jiān)控，增大T或R的變化總幅度，減小T或R的相對判斷誤差，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的相對判斷誤差（2分）。四、 計算題（每題10分，共40分）注：計算結(jié)果保留到小數(shù)點后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，它對波長1120nm、 560nm的反射率各是多少？光線0入射，不考慮另一面的影響。（玻璃ng=1.52；薄膜nf=

8、1.38）解：因為光學(xué)厚度280nm是1120nm波長的1/4（1分），因此對1120nm的光波，組合導(dǎo)納 （2分）故 （3分）對于560nm的波長，薄膜光學(xué)厚度是波長的1/2，因此相當(dāng)于虛設(shè)層，（1分） （3分）說明：對1/4波長及虛設(shè)層判斷正確各1分，3個公式正確各2分，計算結(jié)果正確各1分。如果沒有分步計算，或沒有判斷膜層特點，根據(jù)其運算及理解程度酌情給分。如果運算完全正確，而沒有判斷膜層特點，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處反射帶的波長寬度？（中心波長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）波長寬度 （2分）說明：每個步驟的公式正確各2分，4個計算結(jié)果正確共2分。如果沒有進(jìn)行分步運算，根據(jù)計算情況酌情給分。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，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）說明：如果沒有進(jìn)行分步運算，根據(jù)計算情況酌情給分。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（膜基界面反射率，不考慮另一面），計算薄膜的幾何厚度和折射率。其中，反射率極大值的波長位置為550nm、917nm，反射率極小值的波長位置為458nm、688nm、1375nm。30%4%R400nm1500nm解：根據(jù)單層膜光譜特性及極值點的條件，設(shè)917nm的干涉級次為m，則550nm處的干涉級次為m+2，由 得 （2分）解得m=3 （1分）于是 （1分）要計算薄膜折射率，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，