《薄膜光学与技术》期末考试试题A标准答案Word文件下载.docx

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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,光学厚度为入0/4,基底的折射率为ns,那么，该单层膜与基底的组合导纳为：

二二nf/ns7、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，咼反射带越宽。

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：

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。

（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。

2tt1、膜层的有效位相厚度表示为：

=ndcosr，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。

膜层的有效位相厚度表示为：

二一ndcosr，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。

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。

正确。

透射率测量与测量方向无关，无论膜层是否存在吸收。

he4、膜系G/M2HLHLHL/A中，低折射率膜层的几何厚度均为。

4答：

膜系中，低折射率膜层的光学厚度均为，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。

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？

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、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？

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。

主要有3种方法：

过正控制，选用比由nd=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,2丫丄ng22（3分）1_Y2n$-n2152_13822R=（）2心2）2=（）2=1.26%1Yngn21.521.382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）1ng21-1522（3分）R=（生）2二（）2二4.26%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；

玻璃珀=1.46）2212Q讣12解：

组合导纳为Y二（导）5匹二与零266.7582（2分）LnGnLnG1.381.461_Y峰值反射率R=（二丄）2=98.51%（2分）1+Y波数宽度arcsin（nH一“）：

0.14（2分）兀nH+nL波长宽度：

2d：

g/g2=25000.14=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、已知nG=1.52,nH=2.3,nL=1.44，窄带滤光膜系GHLHLHLHLH2LHLHLHLHA的峰值透射率是多少？

（不考虑基底背表面的影响）（2分）解：

根据2H或2L为虚设层的特点，膜系可以等效为GHLG结构,膜系中可以看出，入射介质为空气，因此反射率为1一.5958=6.42%订+0.5958丿说明：

如果没有进行分步运算，根据计算情况酌情给分4、图示为K9平板玻璃（ng=1.5）单面镀制单层膜的反射率曲线（膜基界面反射率，不考虑另一面），计算薄膜的几何厚度和折射率。

其中，反射率极大值的波长位置为550nm、917nm，反射率极小值的波长位置为458nm、688nm、1375nm。

解：

根据单层膜光谱特性及极值点的条件，设917nm的干涉级次为m，则550nm处的干涉级次为m+2，由11m=（m2）24411得m917=（m2）550（2分）44解得m=3（1分）1于是nd=5550nm二687.5nm（1分）4要计算薄膜折射率，首先要确定不镀膜基底的反射率，由单一界面反射率表达式，1“g21152%=（代）二（口）可知，计算薄膜折射率要用反射率极大值来计算，反射率极大值的波长位置为550nm和917nm,这是R=30%=0.3，由2dc21_Y2ng-nf21.5-nf得）2=（g打）（打）30%1+Yng+nf21.5+nf2于是，求得n=2.2656（其他解舍去）由nd=687.5nm,可解出d=303.45nm说明：

如果没有进行分步运算，则根据卷面实际情况酌情给分