《薄膜光學(xué)與技術(shù)》2023期末考試試題B-答案

第第頁《薄膜光學(xué)與技術(shù)》2023期末考試試題B-答案

《薄膜光學(xué)與技術(shù)》2023期末考試試題B-答案

2023-2023學(xué)年第1學(xué)期《薄膜光學(xué)與技術(shù)》期末考試試題（B卷）

參考答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

一、填空題（每空1分，共25分）

1、薄膜是指附著于基底，且與基底不同質(zhì)的非自持性涂層。

2、鍍制單層介質(zhì)薄膜時(shí)，第二次看到相同的反射色時(shí)的膜層光學(xué)厚度是第一次看到相同的反射色時(shí)膜層光學(xué)厚度的3倍。

3、K9玻璃上的單層MgF2膜層與單層ZrO2膜層具有相同的反射色調(diào)時(shí)，MgF2膜層的光學(xué)厚度等于（大于、小于、等于）ZrO2膜層的光學(xué)厚度。

4、在折射率為3.5的材料表面鍍單層減反射膜，材料最佳的折射率為：1.8708。

5、周期性對(duì)稱膜系(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、按照材料狀態(tài)不同，一般將薄膜分為固體薄膜、氣體薄膜和

液體薄膜三類。

7、Torr和Pa是兩個(gè)常用來表示真空度的單位，它們較為準(zhǔn)確的換算關(guān)系為：1Torr=133.3Pa。

8、鍍膜室內(nèi)真空度高表明氣體壓強(qiáng)小，真空度低則氣體壓強(qiáng)大。

9、由于極值點(diǎn)的判讀精度不高，因此常常采用過正控制、高級(jí)次監(jiān)控、預(yù)鍍監(jiān)控片等措施來提高極值法監(jiān)控精度。

10、電子槍的e型槍是指電子束出射后至坩堝表面的運(yùn)動(dòng)方向改變了270度。

11、請(qǐng)寫出常用的三種金屬鍍膜材料：Au、Ag、Al。

12、一般鍍膜系統(tǒng)測(cè)量真空需要兩個(gè)真空計(jì)：熱電偶真空計(jì)和電離真空計(jì)。

13、采用光電極值法監(jiān)控膜厚，監(jiān)控片為K9玻璃（折射率為1.52），如果要鍍制單層ZnS薄膜（折射率為2.35），監(jiān)控的第一個(gè)透射率極值點(diǎn)應(yīng)該是極大值還是極小值：極小值。

14、能夠直接用來抽大氣的真空泵是機(jī)械泵。

15、熱蒸發(fā)技術(shù)常用的蒸發(fā)源有電阻蒸發(fā)源和電子槍。

二、判斷題：先回答以下說法是否正確？然后說明理由或修改正確。（每題4分，

2

3共20分）

1、膜層的有效位相厚度表示為：，當(dāng)光波斜入射時(shí)，對(duì)于s光和p光而言，要分別代入修正后的折射率值進(jìn)行運(yùn)算。

答：錯(cuò)誤。當(dāng)光波斜入射時(shí)，無論對(duì)于s光和p光而言，折射率值均是同一個(gè)值。

2、采用單半波濾光片結(jié)構(gòu)，獲得的通帶波形比多半波濾光片更加接近矩形。答：錯(cuò)誤。采用多半波濾光片結(jié)構(gòu)，獲得的通帶波形比單半波濾光片更加接近矩形。

3、一般鍍膜設(shè)備上需要機(jī)械泵和擴(kuò)散泵組合起來作為真空機(jī)組，這主要是因?yàn)殡p泵組合可以提高抽氣速率。

答：錯(cuò)誤。因?yàn)闄C(jī)械泵可以直接抽大氣，但極限真空并不高，而擴(kuò)散泵可以抽到鍍膜所需的真空度，但不能直接抽大氣，也不能直接排氣到大氣，因此鍍膜機(jī)上采用雙泵組合的方式才能完成抽氣過程。

4、用于離子輔助鍍膜的離子源，有產(chǎn)生離子束的，也有產(chǎn)生等離子體的。潘寧離子源是一種典型的產(chǎn)生等離子體的離子源。

答：錯(cuò)誤。潘寧離子源是一種典型的產(chǎn)生離子束的離子源。

5、測(cè)量鍍膜樣片的透射率時(shí)，將鍍膜面向著光源和背對(duì)光源測(cè)得的結(jié)果不同。答：錯(cuò)誤。樣片的透射率與光的傳播方向無關(guān)。

注：正誤回答正確得2分，理由正確得2分。

三、問答題（每題5分，共15分）

1、什么是單層介質(zhì)膜層反射率的雙重周期性？其周期性的主要特點(diǎn)有哪些?

答：?jiǎn)螌咏橘|(zhì)膜的反射率會(huì)隨著薄膜位相厚度的變化而呈現(xiàn)周期性變化（2分）；當(dāng)膜厚確定后，隨著光波波長(zhǎng)的變化，反射率會(huì)隨之發(fā)生周期性變化（2分）。隨厚度變化的周期呈現(xiàn)間隔相等，而隨波長(zhǎng)變化的周期不等，波長(zhǎng)越大，周期越長(zhǎng)。如將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為光波頻率，則隨頻率不同，反射率的周期是等間隔的（1分）。

說明：周期性每正確一點(diǎn)2分，特點(diǎn)回答正確1分。

2、試敘述光電極值法監(jiān)控膜厚的基本原理。答：光通過正在鍍膜的比較片時(shí)，隨著薄膜厚度的增加，比較片的透射率（反θλ

πδcos2nd=

4射率）會(huì)發(fā)生周期性的變化，且薄膜光學(xué)厚度每變化λ/4時(shí)，透射率出現(xiàn)一次極值（3分）。利用光電測(cè)光方法測(cè)量正在鍍制膜層的T（或R）隨膜層厚度增加過程中的極值個(gè)數(shù)，可以獲得以λ/4為單位的整數(shù)厚度的膜層（2分）。

3、影響膜層厚度均勻性的主要因素有哪些？

答：蒸發(fā)源發(fā)射特性，由蒸發(fā)源結(jié)構(gòu)、蒸發(fā)膜料不同的發(fā)射分布特性引起（3分）；蒸發(fā)源與被鍍件的相對(duì)位置；被鍍件的面形（2分）。

四、計(jì)算題（1、2題各10分，第3題20分，共40分）

1、已知441n32n521nLHG.,.,.===，窄帶濾光膜系GHLHLHLHLH2LHLHLHLHA的峰值透射率是多少？

解：根據(jù)2H或2L為虛設(shè)層的特點(diǎn)，膜系可以等效為GHLG結(jié)構(gòu)，（2

分）

組合導(dǎo)納5958.03

.252.144.12222=?==GHLnnnY（3分）膜系中可以看出，入射介質(zhì)為空氣，因此反射率為

%42.65958.015958.01)11(2

2=??

???+-=+-=YYR（3分）所以，膜系的透射率最終為

%58.931=-=RT（2分）說明：計(jì)算結(jié)果正確共4分。如果沒有進(jìn)行分步運(yùn)算，根據(jù)計(jì)算情況酌情給分。

2、石英玻璃基底上鍍制高反膜G/(HL)5H/A，若鍍膜材料為ZnS和MgF2，求峰值反射率和中心波長(zhǎng)處反射帶的波長(zhǎng)寬度？（中心波長(zhǎng)500nm；ZnS折射率為

2.15；MgF2折射率為1.38；玻璃ng=1.46）

解：組合導(dǎo)納為7582.26646.138.115.2)(1012

10122522=?===GLHGHLHnnnnnnnY（2分）峰值反射率%51.98)11(2=+-=Y

YR（2分）波數(shù)寬度14.0)arcsin(2

≈+-=?L

HLHnnnngπ（2分）波長(zhǎng)寬度)(14014.05002/220nmgg=??=?≈?λλ（2分）

5說明：每個(gè)步驟的公式正確各2分，4個(gè)計(jì)算結(jié)果正確共2分。如果沒有進(jìn)行分步運(yùn)算，根據(jù)計(jì)算情況酌情給分。

3、圖中兩條曲線分別是鍍有單層2ZrO膜層和鍍有單層2TiO膜層的K9（n=1.52）平板玻璃的實(shí)測(cè)透過率光譜曲線，

①計(jì)算2ZrO膜層的折射率和厚度。

②計(jì)算2TiO膜層的折射率和厚度。

③2ZrO膜層的兩個(gè)透過率極小值相等說明了什么?

④2TiO膜層的所有透過率極小值均不相等說明了什么?

⑤為什么同一膜層的所有透過率極大值都相等?

解：①計(jì)算2ZrO膜層的折射率和厚度。（10分）

樣片的透射率極小值均為0.78，根據(jù)

78.01)1)(1(2

121==RRRRT（2分）

21)11(YYR+-=g

nnY2

=（2分）

0426.052.1152.11)11(2

22=??

???+-=+-=ssnnR（2分）91.91.ZrTi

6可得n=1.9

7（1分）

在800nm波長(zhǎng)處，有14

1λmnd=

（1分）在600nm波長(zhǎng)處，同樣有2)1(4

1λ+=mnd（1分）于是由1241)1(41λλmmnd=+=，得到m=3d=300nm（1分）②計(jì)算2TiO膜層的折射率和厚度。（7分）

由于480nm和780nm極小值不相等，因此分別計(jì)算，

對(duì)于nm7801=λT1=0.664，同理可得n1=2.328（2分）對(duì)于nm4801=λT1=0.645，同理可得n2=2.390（2分）由mdn?=1141λ)2(4

122+?=mdnλ