薄膜光学与技术2022期末考试试题A-答案

《薄膜光学与技术》2022 期末考试试题 A-答案 2022-2022 学年第 1 学期《薄膜光学与技术》期末考试试题（A 卷） 参考答案及评分标准 一、填空题（每空一、填空题（每空 1 1 分，共分，共 2424 分）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、p 光的 修正导纳分别为 ncoθ、n/coθ 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)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倍 6、折射率为 n1，光学厚度为 λ0/4，基底的折射率为 n，那么，该 单层膜与基底的组合导纳为：Yn12n7、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。 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。（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。（1515 分）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。 21、膜层的有效位相厚度表示为：，当光波斜入射时，对于光和 ndcop 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：ndco，当光波斜入射时， 无 论对于光和 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，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，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，而不是几何厚度。45、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（每题三、问答题（每题 7 7 分，共分，共 2121 分）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 2 2 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、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（每题四、计算题（每题 1010 分，共分，共 4040 分）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） ng3ng3 ngn221Y21.521.3822)()()1.26%（3 分）故 R(221Yngn1.521.38 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） 1ng211.522R()()4.26%（3 分） 1ng11.52 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） 22nHn122.15125nHH 解：组合导纳为 Y(2)10266.7582（2 分） 10nLnGnLnG1.381.46 峰值反射率 R(1Y2)98.51%（2 分）1Y 波数宽度 gnnLarcin(H)0.14（2 分）nHnL2 波长宽度 20g/g225000.14140(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