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(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、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： 1Torr=133.3Pa。 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/(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 ng=1.46） 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 140(nm)（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（n=1.52） 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 （