薄膜光学与技术2012期末考试试题A-答案

2012201220132013 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AA 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 24 分） 1、在折射率为 3。5 的基底表面镀单层减反射膜，对于 4000nm 的光波，理论上 能达到最佳减反射效果的薄膜折射率为1。8708,需要镀制的薄膜光学厚 度为1000nm. 2、若薄膜的折射率为 n，光线在薄膜内的折射角为 θ，则 s、p 光的修正导纳分 别为ncosθ、 n/cosθ. 3、对于波长为λ 的光来说，单层膜的光学厚度每增加λ/4，薄膜的反 射率就会出现一次极值变化.当薄膜的折射率小于基底折射率时,出现的第一个反 射率极值是极小（极大、极小）值。 4、 虚设层的形成条件是薄膜的光学厚度等于半波长的整数倍。 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、折射率为 n1，光学厚度为 λ0/4，基底的折射率为 ns,那么,该单层膜与基底的 组合导纳为Yn 1 2n s 7、 介质高反射膜的波数宽度仅与两种膜料的 折射率 有关， 折射率 差值越大， 高反射带越宽。 8、热偶真空规是通过测量温度达到间接测量真空的目的。 9、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。 10、薄膜几何厚度的监控通常用石英晶振膜厚仪来实现,光学厚度常常采 用光电膜厚仪来监控. 11、采用 PVD 技术制造薄膜器件时,薄膜折射率的误差主要来自三个方面膜 层的聚集密度、膜层的微观组织物理结构、 膜层的化学成分。 12、改善膜层厚度均匀性的措施包括旋转夹具和膜层厚度调节板。 13、采用光电极值法监控膜厚，如果需要镀制光学厚度为900nm 的薄膜，在 500700nm 范围内，可以选取的监控波长为600和514.3nm。 1 二、辨析题先回答以下说法是否正确然后说明理由或修改正确。 （15 分） 说明以上各题判断正确 1 分，原因叙述正确或修改正确2 分（对于正确的表述， 可以不说明原因） 。叙述不完全的根据实际情况酌情给分。 2 1、膜层的有效位相厚度表示为cos，当光波斜入射时，对于s 光和nd  p 光而言，要分别代入修正后的折射率值进行运算. 2 答错误。膜层的有效位相厚度表示为nd cos,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、介质高反射膜无论入射角下多大，其 s 偏振和 p 偏振光所对应的带宽都是相 同的。 答错误。介质高反射膜在垂直入射条件下,s 偏振和 p 偏振光所对应的带宽都是 相同的；而在斜入射条件下，由于 s 偏振和 p 偏振光的修正导纳不同,从而导致 其带宽也不同，此时，s 偏振光所对应的带宽大于 p 偏振光所对应的带宽。 3、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相同. 答正确.透射率测量与测量方向无关，无论膜层是否存在吸收。 4、膜系 G/M2HLHLHL/A 中，低折射率膜层的几何厚度均为  0 4 。 答错误.膜系中，低折射率膜层的光学厚度均为  0 4 ,而不是几何厚度。 5、PVD 真空镀膜机的真空系统，一般需要一台扩散泵就可以完成抽气过程。 答 错误。 要达到 PVD 镀膜的真空度， 一般需要机械泵 （低真空泵和扩散泵 （高 真空泵组合抽气才能达到。 三、问答题 （每题 7 分，共 21 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。 2 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、 在镀膜前与镀膜过程中，常常需要进行离子束轰击,在这两个过程中,离子束辅 助的作用是什么 答镀膜前的离子轰击用离子束轰击将要镀膜的零件表面（取代低真空离子轰 击） ，既起到清洗被镀表面、活化表面的作用，又压缩了离子轰击的时间，更重 要的是使离子轰击的作用得到了最大程度的发挥。 （2 分） 镀中轰击溅射突出岛，消除阴影效应，破坏柱状结构，形成均匀填充生长（2 分;膜层受到轰击获得能量，可以产生级联碰撞，增加原子/分子的迁移率，有利 于致密成膜（2 分） ；晶格振动加剧，形成局部热峰，产生淬火效应.（1 分 3、极值法监控膜厚有哪些技巧，请简要说明。 答主要有 3 种方法过正控制，选用比由 ndλ /4 确定的波长稍微短一点的波 长作为监控波长，允许T 或 R 有一定的过正量,让停镀点避开极值点（3 分） ；高 级次监控，增大T 或 R 的变化总幅度，减小T 或 R 的相对判断误差,提高膜层厚 度的控制精度（2 分）;预镀比较片，是通过提高监控片的等效导纳,增大 T 或 R 的变化总幅度，减小了 T 或 R 的相对判断误差（2 分） 。 四、计算题（每题 10 分,共 40 分） 注计算结果保留到小数点后 2 位，透射率或反射率以百分数表示。 1、 K9 平板玻璃单面镀制单层光学厚度 280nm 的 MgF2膜层后,它对波长 1120nm、 560nm 的反射率各是多少光线 0入射，不考虑另一面的影响.玻璃 ng1.52； 薄膜 nf1。38） 解因为光学厚度 280nm 是 1120nm 波长的 1/4（1 分,因此对 1120nm 的光波， n2 组合导纳Y（2 分 n g 3 n g  n2 2 1Y 2 1.521.382 2故R    1.263 分） 221Yn g  n1.521.38 对于 560nm 的波长,薄膜光学厚度是波长的 1/2，因此相当于虚设层，1 分 1n g 2 11.52 2R    4.26（3 分） 1 n g 11.52 说明对 1/4 波长及虚设层判断正确各 1 分，3 个公式正确各 2 分，计算结果正 确各 1 分。如果没有分步计算,或没有判断膜层特点，根据其运算及理解程度酌 情给分.如果运算完全正确，而没有判断膜层特点，不扣分。 2、石英玻璃基底上镀制高反膜G/（HL）5H/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