薄膜光學(xué)-全部知點問題全答版

1、薄膜光學(xué)：1. 整部薄膜光學(xué)的物理依據(jù)就是光的干涉。研究光的本性及其傳播規(guī)律的學(xué)科就是光學(xué)。 研究光在薄膜中的傳播規(guī)律是薄膜光學(xué)。2. 列舉常用的光學(xué)薄膜濾光片、反射鏡鍍膜鏡片牛頓環(huán)3. 利用薄膜可以實現(xiàn)的功能提高或降低反射率、吸收率與透射率方面，在使光束分開或合并方面，或者在分色方面，在使光束偏振或檢偏方面，以及在使某光譜帶通或阻滯方面，在調(diào)整位相方面等等，光學(xué)薄膜均起著至關(guān)重要的作用。減少反射，提高透過率； 提高反射率； 提高信噪比； 分光或分束； 保護探測器不被激光破壞，重要票據(jù)的防偽等等；4. 電磁場間的關(guān)系：光學(xué)導(dǎo)納：坡印廷矢量（能流密度）的定義:單位時間內(nèi)，通過垂直于傳播方向的單位

2、面積的能矢量S5. 光在兩種材料界面上的反射： (p偏振光為橫磁波，s偏振光為橫電波)6. 掌握單層膜的特征矩陣公式：薄膜光學(xué)3 PPT中P 15-21單層膜的反射系數(shù)和反射率為：7. 掌握多層膜的特征矩陣公式：薄膜光學(xué)3 PPT中P 26-298. 【計算】偶數(shù)四分之一光學(xué)膜層的特征矩陣：或奇數(shù)四分之一光學(xué)膜層的特征矩陣：或計算多膜層（膜層厚度為四分之一波長的整數(shù)倍）的反射率。【計算題：薄膜光學(xué)3PPT中P35】四分之一波長的光學(xué)厚度(QWOT)或二分之一波長的光學(xué)厚度(HWOT)9. 單層減反膜的設(shè)計方法：【薄膜光學(xué)3PPT中P37】10. 無論膜層是否有吸收，膜系的透射率與光的傳播方向無

3、關(guān)。（不需要推導(dǎo)）玻璃的透射率為定值，玻璃兩面得反射率和吸收率可能會有不同。11. 厚基片反射率和透射率的計算【薄膜光學(xué)3PPT中P52-54，不需掌握推導(dǎo)】12. 有些鍍膜元件表面反射的光色彩與入射光顏色不同，主要原因在于在不同的波段元件表面對于光的反射不同。13. 單層04減反膜的優(yōu)缺點？雙層04-04減反膜的優(yōu)缺點？只能在較窄的光譜范圍內(nèi)有效地減反射，在中心波長處增透效果好但是帶寬較小04- 02型雙層增透膜的優(yōu)缺點？在一定程度上展寬了帶寬但是總體的減反射效果不理想14. 0/4-0/2-0/4型增透膜的優(yōu)點？不僅提高了增透效果，而且展寬了帶寬。15. 0/4-0/2-0/4型增透膜:

4、G/M2HL/A的設(shè)計。當(dāng)其中有一膜層材料實際不存在時，應(yīng)可用奇數(shù)層高低交替的材料來替代xL/yH/xL或xH/yL/xH，該替代多層光學(xué)厚度之和必須等于原來膜層的光學(xué)厚度，即2x + y =0.25?！颈∧す鈱W(xué)5PPT中P25-42】16. 紅外寬帶減反膜的具體設(shè)計方法。17. 單層膜的反射率計算：【一般不會超過50%】高反射率膜堆典型的結(jié)構(gòu)？該結(jié)構(gòu)的特點？18. 如何提高高反射率膜堆的反射率？nH/nL越大，或?qū)訑?shù)（2S+1）越多，反射率越高。層數(shù)越多，反射率可無限地接近100。但實際上，由于膜層中吸收和散射損失，膜系達到一定層數(shù)后，反射率不再提高，甚至?xí)陆怠?9. 典型的0/4高反射介

5、質(zhì)膜堆特點：四點。對于(LH)S膜系 ，有如下特點：（1）所有高反射帶的波數(shù)寬度均相等；（2）各高反射帶的波長寬度并不相等，波數(shù)越大對應(yīng)的高反射帶波長寬度越窄。（3）高反射帶的波數(shù)寬度僅僅與構(gòu)成多層膜的兩種膜料的折射率有關(guān)。（4）兩種膜料的折射率差越大，高反射帶愈寬。20. 展寬高反射帶寬的方法？兩點。21. 區(qū)分介質(zhì)高反射膜與金屬高反射膜，各自的優(yōu)缺點？22. 在金屬高反射膜中引入介質(zhì)膜為何能夠改善金屬高反射膜的機械性能？一般采用金屬介質(zhì)高反射膜：（1）改善金屬與基底的附著力，如G/Al2O3-Ag，G/Cr-Au；（2）高硬度透明膜對金屬層起到保護作用；（3）提高金屬層的反射率。23. 分

6、光膜可以分為分束膜和分色膜；分色膜是按顏色（波長）不同進行分光；分束膜是把一束光按比例分成光譜成分相同的兩束光，在一定的波長區(qū)域內(nèi)，如可見區(qū)內(nèi)，對各波長具有相同的透射率、反射率比例，因而反射光和透射光不具有顏色，并呈中性。24. 中性分束鏡可分成介質(zhì)中性分光鏡、偏振中性分束棱鏡和金屬中性分光鏡。25. 介質(zhì)中性分光鏡結(jié)構(gòu)：周期性多層介質(zhì)膜系(LH)S。較高反膜相比：層數(shù)少，反射率低（50%）。26. 介質(zhì)中性分光鏡特點：3點。（1）因為無吸收，分光效率高；（2）偏振效應(yīng)明顯；（3）分光特性色散明顯。27. 如何改善分束鏡分光曲線的平坦程度或者說色中性？3點。1.可將LH交疊結(jié)構(gòu)邊界的H或L改成

7、2H、2L、甚至2M，改善分光曲線的平坦程度（色中性）；2.將膜系中的H層換成中等折射率的M膜層；3.整體調(diào)整H、L膜層材料，改變nH與nL比值或通過改變膜厚來改變nH與nL的比值。28. 偏振中性分束棱鏡工作原理？利用斜入射時的偏振效應(yīng)實現(xiàn)中性分束。即，選用膜層材料的折射率匹配滿足布儒斯特角條件（tan H=nL/nH ）使反射光的P分量為零，僅有S分量；同時透射光盡量全部為P分量。偏振中性分束棱鏡工作前提條件？1）僅適用于自然光或圓偏振光的中性分束；（2）分出的兩束光可以光強相等，但其偏振狀態(tài)不同，是兩束偏振方向互相垂直的兩束線偏振光。哪種金屬分光鏡在較寬的光譜范圍內(nèi)中性較好，且機械性能與

8、化學(xué)性能都非常好？鎳鉻合金（80Ni-20Cr)在較寬的光譜范圍內(nèi)中性較好，且機械性能與化學(xué)性能都非常好。29. 截止濾光片：要求某一波長范圍的光束高效透射而偏離這一波長的光束驟然變化為高反射(或稱抑制)。長波通濾光片：抑制短波區(qū)、透射長波區(qū)的濾光片；短波通濾光片：抑制長波區(qū)、透射短波區(qū)的濾光片30. 截止濾光片分為吸收型、薄膜干涉型和吸收與干涉組合型。31. 列舉吸收型截止濾光片，介紹其特點（優(yōu)缺點）吸收型應(yīng)用最廣泛優(yōu)點：材料來源廣泛，如顏色玻璃、晶體、燒結(jié)多孔明膠、無機和有機液體以及吸收薄膜；使用簡單，對入射角不敏感造價便宜或適中缺點：截止波長不能隨便移動32. 衡量干涉截止濾光片的重要指

9、標(biāo)？1透射曲線開始上升(或下降)時的波長以及此曲線上升(或下降)的許可斜率 2高透射帶的光譜寬度、平均透射率以及在此透射帶內(nèi)許可的最小透射率 3具有低透射率的反射帶(抑制帶)的光譜寬度以及在此范圍內(nèi)所許可的最大透射率。33. 干涉截止濾光片壓縮通帶波紋的方法？1）選取適當(dāng)?shù)慕M合膜，使其通帶內(nèi)的等效折射率與基片相接近。（前提：基片表面反射損失不太大）2）改變基本周期內(nèi)的膜層厚度，使其等效折射率變到更接近預(yù)期值，要使這種方法有成效，則要求光潔基片保持低的反射率。在可見光區(qū)，玻璃是十分滿意的基片材料，但是這種方法不能不加修改就用于紅外區(qū)，例如用于硅板和鍺板。 3）更常用的方法是在多層膜的兩側(cè)(靠近基

10、底側(cè)和靠近入射介質(zhì)側(cè))加鍍匹配層，使其同基底以及入射介質(zhì)匹配。以上均可歸結(jié)為：在特定波長處滿足減反射條件。34. L/2HL/2適合短波通，H/2LH/2適合長波通35. 列舉截止濾光片的應(yīng)用：1、彩色分光膜；2、反熱鏡和冷光鏡；3、紅外截止濾光片（CCD系統(tǒng)）。36. 反熱鏡：短波通濾光片，即抑制紅外光，透射可見光（截止波長：0.7微米）要求：透射光不影響色彩平衡。冷光鏡：長波通濾光片，即透射近紅外光，反射可見光兩者作用：抑制無用的能量37. 列舉常用的物理氣相沉積（PVD）技術(shù)。熱蒸發(fā)；濺射；離子鍍；離子輔助鍍技術(shù)38. 真空鍍膜系統(tǒng)由哪幾部分構(gòu)成？真空系統(tǒng)；熱蒸發(fā)系統(tǒng)；膜厚控制系統(tǒng)。物理

11、氣相沉積的過程中為何需要高真空系統(tǒng)？大氣PVD存在的問題：常溫常壓下，空氣分子密度：1.28X10-3g/cm3， 即氣體分子個數(shù)2.08X1022個/g 氣體分子間距離3.34X10-6mm 氣體分子的空間密度2.68X1016個/mm3導(dǎo)致：常壓時，氣體分子密度太高，蒸發(fā)膜料大多因碰撞而無法直線到達被鍍件?？諝庵谢钚詺怏w分子與膜層、膜料、蒸發(fā)器反應(yīng)，空氣分子進入膜層成為雜質(zhì)。39. 什么樣的真空條件下可以鍍膜？氣體分子的平均自由程大于蒸發(fā)源到被鍍件之間的距離這樣得到的膜層：純度高，膜層堅硬，成膜速度快。列舉23種可以將真空腔抽到高真空的設(shè)備。羅茨泵10104Pa油擴散泵：110-5Pa渦輪

12、分子泵：110-8Pa低溫冷凝泵：10-1 10-8Pa40. 熱電偶真空計、熱陰極電離真空計和冷陰極電離真空計各自適用的真空監(jiān)測范圍？1.熱電偶真空計工作原理：通過熱電偶中熱絲的溫度與壓強的關(guān)系確定的真空度溫差電偶真空計測量范圍：0.1313Pa2.熱陰極電離真空計工作原理：具有足夠能量的電子在運動中與氣體分子碰撞，產(chǎn)生電離，形成正離子與電子。電子在運動中與分子的碰撞次數(shù)正比于分子的密度，一定溫度下也正比于氣體壓強，故產(chǎn)生的正離子數(shù)也正比于氣體壓強。因此，電離是與壓強有關(guān)的現(xiàn)象，可作為真空測定原理的依據(jù)。測量范圍：0.110-5Pa3.冷陰極電離真空計工作原理：放電管在壓強（10-110-2

13、Pa）較低時自持放電就熄滅，想要將下限擴展到高真空范圍，可用磁場控制電子運動的方法，增加電子的路程，利用這種方法制成的真空計，就是冷陰極電離真空計，也稱磁控放電真空計。測量范圍：110-6Pa41. 熱蒸發(fā)、濺射及離子鍍、離子輔助鍍的工作原理。 電阻熱蒸發(fā)：低壓大電流使高熔點金屬制成的蒸發(fā)源產(chǎn)生焦耳熱，使蒸發(fā)源中承載的膜料汽化或升華。電子束熱蒸發(fā)：燈絲通大電流，形成熱電子發(fā)射流。電子流在電場中被加速，同時，電磁場將電子流聚成細(xì)束，并對準(zhǔn)坩鍋內(nèi)的膜料，造成局部高溫而汽化蒸發(fā)。濺射：用高速正離子轟擊膜料（靶）表面，通過動量傳遞，使其分子或原子獲得足夠的動量而從靶表面溢出，在被鍍件表面凝聚成膜。離子

14、鍍：膜料為加熱蒸發(fā)，但蒸發(fā)源設(shè)置為陽極，工件為陰極，在其間施加高電壓，并充工作氣體至1X10-1Pa，形成輝光放電，膜料原子部分被離化，在強電場加速下并沉積在零件表面。離子輔助鍍：在熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)中增設(shè)離子發(fā)生器離子源，產(chǎn)生離子束，在熱蒸發(fā)進行的同時，用離子束轟擊正在生長的膜層，形成致密均勻結(jié)構(gòu)，使膜層的穩(wěn)定性提高，達到改善膜層光學(xué)和機械性能的目的。42. PVD制造工藝中影響膜層折射率的主要因素？膜層的填充密度（聚集密度）；微觀組織物理結(jié)構(gòu)；膜層的化學(xué)成分：熱分解43. 低真空度對膜層質(zhì)量的影響？真空度低，碰撞幾率增大，無法鍍膜或可鍍膜但吸附性小，機械強度差，膜層疏松44. 對基片進行升溫的

15、優(yōu)點有哪些？可能的缺點？1）排除基片表面氣體分子，增加基片與沉積分子的結(jié)合力；（2）促使物理吸附向化學(xué)吸附轉(zhuǎn)化，致使膜層緊密，附著力增強，機械強度提高；（3）減少蒸氣分子再結(jié)晶溫度與基片溫度的差異，提高膜層聚集度，消除內(nèi)應(yīng)力。升溫的缺點：膜層結(jié)構(gòu)變化；膜料分解。45. 鍍膜時的蒸氣入射角在什么范圍為宜？30度以內(nèi)。46. 列舉提高薄膜機械強度的工藝方法？真空度沉積速率基片溫度離子轟擊基片清潔47. 控制薄膜折射率的工藝途徑有哪些？真空度沉積速率基片溫度膜料蒸氣分子入射角小角度蒸發(fā)可以獲得致密膜層：48. 列舉幾種測試厚度的方法。目視法判斷膜厚顏色極值法顏色石英晶振法頻移法周期法聲阻抗法寬光譜膜厚監(jiān)控光電定值法49. 光控法和晶控法各自的優(yōu)缺點？光控法：直接控制光學(xué)膜層的目標(biāo)參數(shù)T