薄膜光学与技术2012期末考试试题A-答案

20122012——20132013 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(A(A 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 （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 500—700nm 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 nd=λ /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 ng=1.52； 薄膜 nf=1。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  ()  ()  () 1.26%(3 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 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