薄膜光学与技术期末考试试题1和答案

2012-20132012-2013 学年第学年第 1 1 学期薄膜光学与技术期末考试试题（学期薄膜光学与技术期末考试试题（B B 卷）卷） 参考答案及评分标准参考答案及评分标准 一、填空题（每空 1 分，共 25 分） 1、薄膜是指附着于基底，且与基底不同质的非自持性涂层。 2、镀制单层介质薄膜时，第二次看到相同的反射色时的膜层光学厚度是第一次 看到相同的反射色时膜层光学厚度的3倍。 3、K9 玻璃上的单层 MgF2膜层与单层 ZrO2膜层具有相同的反射色调时，MgF2 膜层的光学厚度等于（大于、小于、等于）ZrO2膜层的光学厚度。 4、 在折射率为 3.5 的材料表面镀单层减反射膜， 材料最佳的折射率为 1.8708 。 5、 周期性对称膜系pqps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、按照材料状态不同，一般将薄膜分为固体薄膜、气体薄膜和 液体薄膜三类。 7、 Torr和 Pa 是两个常用来表示真空度的单位，它们较为准确的换算关系为 1Torr133.3Pa。 8、镀膜室内真空度高表明气体压强小，真空度低则气体压强大。 9、由于极值点的判读精度不高，因此常常采用过正控制、 高级次监控、 预镀监控片等措施来提高极值法监控精度。 10、 电子枪的 e 型枪是指电子束 出射后至坩埚表面的运动方向改变了 270 度。 11、请写出常用的三种金属镀膜材料 Au、Ag、 Al。 12、 一般镀膜系统测量真空需要两个真空计热电偶真空计和电离 真空计。 13、采用光电极值法监控膜厚，监控片为 K9 玻璃（折射率为 1.52） ，如果要镀 制单层 ZnS 薄膜（折射率为 2.35） ，监控的第一个透射率极值点应该是极大值还 是极小值极小值。 14、能够直接用来抽大气的真空泵是机械泵。 15、热蒸发技术常用的蒸发源有电阻蒸发源和电子枪。 二、判断题先回答以下说法是否正确然后说明理由或修改正确。 （每题 4 分， 共 20 分） 1 2 1、膜层的有效位相厚度表示为nd cos，当光波斜入射时，对于s 光和  p 光而言，要分别代入修正后的折射率值进行运算。 答 错误。当光波斜入射时，无论对于 s 光和 p 光而言， 折射率值均是同一个值。 2、采用单半波滤光片结构，获得的通带波形比多半波滤光片更加接近矩形。 答错误。采用多半波滤光片结构，获得的通带波形比单半波滤光片更加接近矩 形。 3、一般镀膜设备上需要机械泵和扩散泵组合起来作为真空机组，这主要是因为 双泵组合可以提高抽气速率。 答错误。因为机械泵可以直接抽大气，但极限真空并不高，而扩散泵可以抽到 镀膜所需的真空度，但不能直接抽大气，也不能直接排气到大气，因此镀膜机上 采用双泵组合的方式才能完成抽气过程。 4、用于离子辅助镀膜的离子源，有产生离子束的，也有产生等离子体的。潘宁 离子源是一种典型的产生等离子体的离子源。 答错误。潘宁离子源是一种典型的产生离子束的离子源。 5、测量镀膜样片的透射率时，将镀膜面向着光源和背对光源测得的结果不同。 答错误。样片的透射率与光的传播方向无关。 注正误回答正确得 2 分，理由正确得 2 分。 三、问答题 （每题 5 分，共 15 分） 1、什么是单层介质膜层反射率的双重周期性其周期性的主要特点有哪些 答单层介质膜的反射率会随着薄膜位相厚度的变化而呈现周期性变化（2 分） ； 当膜厚确定后，随着光波波长的变化，反射率会随之发生周期性变化（2 分） 。 随厚度变化的周期呈现间隔相等，而随波长变化的周期不等，波长越大，周期越 长。 如将波长转化为光波频率， 则随频率不同， 反射率的周期是等间隔的 （1 分） 。 说明周期性每正确一点 2 分，特点回答正确 1 分。 2、试叙述光电极值法监控膜厚的基本原理。 答光通过正在镀膜的比较片时，随着薄膜厚度的增加，比较片的透射率（反射 率）会发生周期性的变化，且薄膜光学厚度每变化λ/4 时，透射率出现一次极值 （3 分） 。利用光电测光方法测量正在镀制膜层的 T（或 R）随膜层厚度增加过程 2 中的极值个数，可以获得以 λ/4 为单位的整数厚度的膜层（2 分） 。 3、影响膜层厚度均匀性的主要因素有哪些 答 蒸发源发射特性， 由蒸发源结构、 蒸发膜料不同的发射分布特性引起 （3 分） ； 蒸发源与被镀件的相对位置；被镀件的面形（2 分） 。 四、计算题（1、2 题各 10 分，第 3 题 20 分，共 40 分） 1、已知n G 1.52,nH 2.3,nL1.44，窄带滤光膜系 GHLHLHLHLH2LHLHLHLHA 的峰值透射率是多少 解根据 2H 或 2L 为虚设层的特点，膜系可以等效为 GHLG 结构，（2 分） 2n L 1.4421.52 组合导纳Y  2 n G  0.5958（3 分） n H 2.32 膜系中可以看出，入射介质为空气，因此反射率为 1Y 2 10.5958 R      6.42 （3 分） 1Y 1 0.5958 2 所以，膜系的透射率最终为 T 1 R  93.58（2 分） 说明计算结果正确共 4 分。如果没有进行分步运算，根据计算情况酌情给分。 2、石英玻璃基底上镀制高反膜 G/HL5H/A，若镀膜材料为 ZnS 和 MgF2，求峰 值反射率和中心波长处反射带的波长宽度（中心波长 500nm；ZnS 折射率为 2.15；MgF2折射率为 1.38；玻璃 ng1.46） 22n H n122.1512 5 n HH解组合导纳为Y  2  10  266.7582（2 分） 10n L n G n L n G 1.381.46 1Y 2峰值反射率R   98.51（2 分） 1Y 波数宽度g  2  arcsin n H  n L  0.14（2 分） n H  n L 波长宽度 2 0 g / g2 25000.14 140nm（2 分） 说明每个步骤的公式正确各 2 分，4 个计算结果正确共 2 分。如果没有进行分 步运算，根据计算情况酌情给分。 3、图中两条曲线分别是镀有单层ZrO 2 膜层和镀有单层TiO 2 膜层的 K9（n1.52） 3 平板玻璃的实测透过率光谱曲线， ①计算ZrO 2 膜层的折射率和厚度。 ②计算TiO 2 膜层的折射率和厚度。 ③ZrO 2 膜层的两个透过率极小值相等说明了什么 ④TiO 2 膜层的所有透过率极小值均不相等说明了什么 ⑤为什么同一膜层的所有透过率极大值都相等 ZrO2TiO2 91.8 91.8 解①计算ZrO 2 膜层的折射率和厚度。 （10 分） 样片的透射率极小值均为 0.78，根据 T  1 R 1 1 R 2  0.78（2 分） 1 R 1R2 n21Y 2（2 分）R 1  Y  1Yn g 1n s2 11.52 R 2      0.0426 （