《薄膜光學與技術(shù)》期末測驗試題A答案

1、薄膜光學與技術(shù)期末測驗試 題A答案1 / 8個人收集整理，勿做商業(yè)用途作者:日期:2012-2013學年第1學期薄膜光學與技術(shù)期末考試試題（A卷）參考答案及評分標準一、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光的修正導納分 別為ncos_、n/cos 。3、 對于波長為的光來說，單層膜的光學厚度每增加4,薄膜的反射率就會出現(xiàn)一次極值變化。當薄膜的折射率小于基底折射率時，出現(xiàn)的第一

2、個 反射率極值是 極小 （極大、極?。┲怠?、 虛設層的形成條件是：薄膜的光學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 的組合導納為：_ Y 12 / s7、 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， 咼反射帶越寬。8、 熱偶真空規(guī)是通過測量溫度達到間接測量真空 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)，光學厚度常常

3、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，薄膜折射率的誤差主要來自三個方面：層的聚集密度、膜層的微觀組織物理結(jié)構(gòu)、膜層的化學成分 。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。21、 膜層的有效位相厚度表示為：一 nd

4、 cos ,當光波斜入射時，對于S光和 P光而言，要分別代入修正后的折射率值進行運算。2答：錯誤。膜層的有效位相厚度表示為：一 nd cos ,當光波斜入射時，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偏振光的修正導納不同，從而導 致其帶寬也不同，此時，S偏振光所對應的帶寬大于P偏振光所對應的帶寬。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

5、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 J。4答：錯誤。膜系中，低折射率膜層的光學厚度均為0 ,而不是幾何厚度。45、PVD真空鍍膜機的真空系統(tǒng)，一般需要一臺擴散泵就可以完成抽氣過程。答：錯誤。要達到PVD鍍膜的真空度，一般需要機械泵（低真空泵）和擴散泵（高真空泵）組合抽氣才能達到。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

6、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）。 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，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

7、，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。 （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）；預鍍比較片，是通過提高監(jiān)控片的等效導納，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數(shù)表示。1、K9平板玻璃單面鍍制單層光學厚度 2

8、80nm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=1.38）解：因為光學厚度280nm是1120nm波長的1/4（ 1分），因此對1120nm的光波，組合導納(2 分)ng2 2(3 分)R ()2)2 嚴 1382)2 1.26%1 Y ng n21.52 1.382對于560nm的波長，薄膜光學厚度是波長的1/2,因此相當于虛設層，（1 分）1入2(FX)(1 1%(I 1.52)4.26%(3 分)說明：對1/4波長及虛設層判斷正確各1分，3個公式正確各2分，計算結(jié)果正 確各1分。如

9、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）5HA ,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1.38；玻璃ng=1.46)解：組合導納為Y2(nH)52nH12nH2.1512266.7582（2 分）10m nG1.3810 1.46峰值反射率R(J)21 Y98.51%（2 分）波數(shù)寬度g2arcsin()nH nL0.14（2 分）波長寬度2 O g/g22 500 0.14140（

10、nm）（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。如果沒有進行分 步運算，根據(jù)計算情況酌情給分。7 / 8個人收集整理，勿做商業(yè)用途3、已知 nG 1.52, nH 2.3, nL 1.44 ,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）（2 分）解：根據(jù)2H或2L為虛設層的特點，膜系可以等效為GHLG結(jié)構(gòu),組合導納Y2LnG竺摯2 0.5958nH2.32（3 分）10 / 8膜系中可以看出，入射介質(zhì)為空氣，因此反射率為2（3 分）（2 分）R （）21 0.59586.42%1 Y1 0.5958所以，膜系的透射

11、率最終為T 1 R 93.58%說明：如果沒有進行分步運算，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。處的干涉級次為m+2,由1 m-41 （m吩2得1 m-4917（m 2）4550（2分）解得m=3（1分）于是nd 51550nm687.5nm（1分）4Rb1 ng 2（匸（罟24%（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式,可知，計算薄膜折射率要用反射率極大值來計算， 反射率極大值的波長位置 為 550