薄膜光学-全部知点问题全答版

1、薄膜光学：1. 整部薄膜光学的物理依据就是光的干预。研究光的本性及其传播规律的学科就研究光在薄膜中的传播规律是薄膜光学。2. 列举常用的光学薄膜滤光片、反射镜镀膜镜片牛顿环3. 利用薄膜可以实现的功能提高或降低反射率、吸收率与透射率方面，在使光束分开或合并方面，或者在分色方面，在使光束偏振或检偏方面，以及在使某光谱带通或阻滞方面，在调整位相方面等等，光学薄膜均起着至关重要的作用。减少反射，提高透过率；提高反射率；提高信噪比；分光或分束；保护探测器不被激光破坏，重要票据的防伪等等；4. 电磁场间的关系：比 N1 k巳N 世，这是N的另一种表达式 k E坡印廷矢量能流密度的定义称为光学导纳:单位时

2、间内，通过垂直于传播方向的单位面积的能矢量COS 1i 1 s in 15.光在两种材料界面上的反射：r 0 1p 光：Ncosr,0 1s 光：N cos2N0cos 1M cos op-偏振N0cos 1M cos 0R01?01p偏振光为横磁波，S偏振光为横电波R?20 1 0 1N°cos 0N!cos !s-偏 振N°cos 0弘 cos !6.掌握单层膜的特征矩阵公式：薄膜光学3 PPT中P 15-21称为膜系的特征矩阵Y CB单层膜的反射系数和反射率为：r,R1 o Yo Y o Y7.掌握多层膜的特征矩阵公式：薄膜光学3 PPT中P 26-298.【计算】偶

3、数四分之一光学膜层的特征矩阵:2 2r 3 r 1 s22r 2 r2 21 32_2奇数四分之一光学膜层的特征矩阵:2r 1 s2r222r4r2r或22或r3r1s2 2132 2242r 22r 3 r2r21 s。【计算题：薄膜光学3PPT 中计算多膜层膜层厚度为四分之一波长的整数倍的反射率四分之一波长的光学厚度 QWOT或二分之一波长的光学厚度 HWOT9. 单层减反膜的设计方法：【薄膜光学3PPT中P37】10. 无论膜层是否有吸收，膜系的透射率与光的传播方向无关。不需要推导 玻璃的透射率为定值，玻璃两面得反射率和吸收率可能会有不同。11. 厚基片反射率和透射率的计算【薄膜光学3P

4、PT中P52-54，不需掌握推导】& r 2Ra r1 & &同理：对于透射率Ta TbTa Tb Rb Ra 1Ra RdRaR.TaTb1RaRo12. 有些镀膜元件外表反射的光色彩与入射光颜色不同，主要原因在于在不同的波段元件外表对于光的反射不同。13. 单层入o/ 4减反膜的优缺点？双层入0/4-入0/4减反膜的优缺点？只能在较窄的光谱范围内有效地减反射，在中心波长处增透效果好但是带宽较小入o /4-入o/ 2型双层增透膜 的优缺点？在一定程度上展宽了带宽但是总体的减反射效果不理想14. 入0/4-入0/2-入0/4型增透膜的优点？不仅提高了增透效果，而且展宽了

5、带宽。15. 入o/4-入o/2-入o/4型增透膜：G/M2HL/A的设计。当其中有一膜层材料实际不存在时，应 可用奇数层上下交替的材料来替代xL/yH/xL或xH/yL/xH，该替代多层光学厚度之和必须等于原来膜层的光学厚度。【薄膜光学5PPT中P25-42】红外宽带减反膜爭采屋握泌设计： 膻层的原蜃均为s(2)各谟层折肘率均接照如下规律推列，为；可证明只長恰当肋匹配鹿层的护就医.k 层膜就可以在k个波长位置实现垂反射，此时 膜层曲射帘应满屉u卜吐一S%虫4二珂冲4 k今寧反肘.占的液长分果毎t+1 s fir i 1k 十 1 3 在十 1、上一1五""？懐一口心M-耳

6、也T心16. 红外宽带减反膜的具体设计方法。2 2 2 217.单层膜的反射率 计算：R (n° 口 / ns) /(n°/n$)【一般不会超过 50%】高反射率膜堆典型的结构？该结构 的特点?周期性多层膜堆的反射率髙反射率膜堆：G/H(L)H)S/A®特点：(1)上下靳肘率层交替，介质痕系阿 边的最外层为高折射率层；C2)介质层每层的厚度均为18. 如何提高高反射率膜堆的反射率？ nH/nL越大，或层数2S+1越多，反射率越高。层数越多，反射率可无限地接近100%。但实际上，由于膜层中吸收和散射损失，膜系到达一定层数后，反射率不再提高，甚至会下降。19. 典型的

7、入0/4高反射介质膜堆 特点：四点。对于(LH)S膜系，有如下特点：1所有高反射带的波数宽度均相等；2各高反射带的波长宽度并不相等，波数越大对应的高反射带波长宽度越窄。3高反射带的波数宽度仅仅与构成多层膜的两种膜料的折射率有关。4两种膜料的折射率差越大，高反射带愈宽。20. 展宽高反射带宽的方法？两点。由公式g= - arcsin匹二匹 得出，/ 4膜堆所得到的高反射区域宽度nH + n仅取决于膜层的折射率。材料的折射率是有限的，一般在1.356之间：可见光区域(1.35<n<2.6 );红外区域n<6。展宽高反射带的方法有两个：(1) 膜系各层的厚度形成规那么递增或递减。膜

8、层厚度可以按算术级数递增，也可以按几何级数递增。对于一个q层的膜堆，算术级数 递增：t, t(1+k), t(1+2k),., t1+(q-2)k, t1+(q-1)k;几何级数递增:t, kt, k2t,., kq-1t。(2) 将两个、甚至多个中心波长不同的/ 4多层膜堆联合合叠加使用。例：G/0.8H(LH)71.2H(LH)7/A。0.8H + 1.2H 2H，对于 0来说，G/0.8H(LH)71.2H(LH)7/2GA 在0波长处是具有良好透射性的，结果造成两个膜堆的高反射带连接区 出现很窄的透射带，如课本P27图所示。改善方法：在0.8H (LH )7和1.2H (LH )7之间

9、增加一 L层，即G/0.8H(LH)7L1.2H(LH)7/ A,反射率曲线如下图。21. 区分介质高反射膜与金属高反射膜，各自的优缺点?着段竟几乎可以萌盖差异弔固<3化学竝性差，易被开憤气体心厘匡软，毘划伤。L*：>AsAg与WHS鮒着能力很介质高反射膜；优点：陂收几手为零$圧射率接適 100躺:愉雷资、结恂亘杂用遽：更光系缕金属反射膜JSK反射履： 忧点：康偷、结构简单 楚具育以下特点=22. 在金属高反射膜中引入介质膜为何能够改善金属高反射膜的机械性能? 一般采用金属-介质高反射膜：1改善金属与基底的附着力，女口G/AI2O3-Ag，G/Cr-Au ；2高硬度透明膜对金属层起

10、到保护作用；3提高金属层的反射率。23. 分光膜可以分为分束膜和分色膜；分色膜是按颜色波长不同进行分光；分束膜是把一束光按比例分成光谱成分相同的两束光，在一定的波长区域内，如可见区内， 对各波长具有相同的透射率、反射率比例，因而反射光和透射光不具有颜色，并呈中性。24. 中性分束镜可分成介质中性分光镜、偏振中性分束棱镜和金属中性25. 介质中性分光镜结构：周期性多层介质膜系LHS。较高反膜相比：层数少，反射率低50%。26. 介质中性分光镜特点：3点。1因为无吸收，分光效率高；2偏振效应明显；3分光特性色散明显。27. 如何改善分束镜分光曲线的平坦程度或者说色中性？3点。1. 可将LH交叠结构

11、边界的 H或L改成2H、2L、甚至2M，改善分光曲线的平坦程度色 中性；2. 将膜系中的H层换成中等折射率的 M膜层；3. 整体调整H、L膜层材料，改变nH与nL比值或通过改变膜厚来改变 nH与nL的比值。28. 偏振中性分束棱镜工作原理？利用斜入射时的偏振效应实现中性分束。即，选用膜层材料的折射率匹配满足布儒斯特角条件tan H=nl/hh丨使反射光的P分量为零，仅有S分量；同时透射光尽量全部为 P分量。偏振中性分束棱镜工作前提条件？1仅适用于自然光或圆偏振光的中性分束；2分出的两束光可以光强相等，但其偏振状态不同，是两束偏振方向互相垂直的两束线偏振光。哪种金属分光镜在较宽的光谱范围内中性较

12、好，且机械性能与化学性能都非常好？ 镍铬合金80Ni-20Cr在较宽的光谱范围内中性较好，且机械性能与化学性能都非常好。29. 截止滤光片：要求某一波长范围的光束高效透射而偏离这一波长的光束骤然变化为高反射或称抑制。长波通滤光片：抑制短波区、透射长波区的滤光片；短波通滤光片：抑制长波区、透射短波区的滤光片30. 截止滤光片分为吸收型、薄膜干预型和吸收与干预组合型。31. 列举吸收型截止滤光片，介绍其特点优缺点吸收型一一应用最广泛优点：材料来源广泛，如颜色玻璃、晶体、烧结多孔明胶、无机和有机液体以及吸收薄膜；使用简单，对入射角不敏感造价廉价或适中缺点：截止波长不能随便移动32. 衡量干预截止滤光

13、片的重要指标？1 透射曲线开始上升或下降时的波长以及此曲线上升或下降的许可斜率 2 高透射 带的光谱宽度、平均透射率以及在此透射带内许可的最小透射率3 具有低透射率的反射带抑制带的光谱宽度以及在此范围内所许可的最大透射率。33. 干预截止滤光片压缩通带波纹的方法？1选取适当的组合膜，使其通带内的等效折射率与基片相接近。前提：基片外表反射损 失不太大2改变根本周期内的膜层厚度，使其等效折射率变到更接近预期值，要使这种方法有成效，那么要求光洁基片保持低的反射率。在可见光区，玻璃是十分满意的基片材料，但是这种方法不能不加修改就用于红外区，例如用于硅板和锗板。3更常用的方法是在多层膜的两侧靠近基底侧和

14、靠近入射介质侧 加镀匹配层，使其同基底以及入射介质匹配。以上均可归结为：在特定波长处满足减反射条件。34. L/2HL/2适合短波通，H/2LH/2适合长波通35. 列举截止滤光片的应用：1、彩色分光膜；2、反热镜和冷光镜；3、红外截止滤光片 CCD系统。36. 反热镜：短波通滤光片，即抑制红外光，透射可见光截止波长：0.7微米要求：透射光不影响色彩平衡。冷光镜：长波通滤光片，即透射近红外光，反射可见光两者作用：抑制无用的能量37. 列举常用的物理气相沉积PVD技术。热蒸发；溅射；离子镀；离子辅助镀技术38. 真空镀膜系统由哪几局部构成？真空系统； 热蒸发系统； 膜厚控制系统。物理气相沉积的过

15、程中为何需要高真空系统？大气 PVD 存在的问题： 常温常压下，空气分子密度： 1.28X10-3g/cm3 ，导致： 常压时，气体分子密度太高，蒸发膜料大多因碰撞而无法直线到达被镀件。 空气中活性气体分子与膜层、膜料、蒸发器反响，空气分子进入膜层成为杂质。39. 什么样的真空条件下可以镀膜？ 气体分子的平均自由程大于蒸发源到被镀件之间的距离 这样得到的膜层：纯度高，膜层坚硬，成膜速度快。列举 2 3种可以将真空腔抽到高真空的设备。罗茨泵10104Pa油扩散泵：110-5Pa涡轮分子泵： 1 10-8Pa低温冷凝泵： 10-1 10-8Pa40. 热电偶真空计、热阴极电离真空计和冷阴极电离真空

16、计各自适用的真空监测范围？工作原理：通过热电偶中热丝的温度与压强的关系确定的真空度 温差电偶真空计测量范围： 0.1313Pa工作原理：具有足够能量的电子在运动中与气体分子碰撞，产生电离，形成正离子与电子。 电子在运动中与分子的碰撞次数正比于分子的密度， 一定温度下也正比于气体压强， 故产生 的正离子数也正比于气体压强。 因此， 电离是与压强有关的现象， 可作为真空测定原理的依 据。测量范围： 0.110-5Pa工作原理：放电管在压强10-110-2Pa较低时自持放电就熄灭，想要将下限扩展到高真 空范围，可用磁场控制电子运动的方法， 增加电子的路程，利用这种方法制成的真空计，就 是冷阴极电离真

17、空计，也称磁控放电真空计。测量范围： 110-6Pa41. 热蒸发、溅射及离子镀、离子辅助镀的工作原理。 电阻热蒸发：低压大电流使高熔点金属制成的蒸发源产生焦耳热，使蒸发源中承载的膜料 汽化或升华。电子束热蒸发：灯丝通大电流，形成热电子发射流。电子流在电场中被加速，同时，电磁场 将电子流聚成细束，并对准坩锅内的膜料，造成局部高温而汽化蒸发。溅射：用高速正离子轰击膜料靶外表，通过动量传递，使其分子或原子获得足够的动量 而从靶外表溢出，在被镀件外表凝聚成膜。离子镀：膜料为加热蒸发，但蒸发源设置为阳极，工件为阴极，在其间施加高电压，并充工 作气体至 1X10-1Pa ，形成辉光放电，膜料原子局部被离

18、化，在强电场加速下并沉积在零件 外表。离子辅助镀： 在热蒸发镀膜技术中增设离子发生器离子源， 产生离子束， 在热蒸发进行 的同时，用离子束轰击正在生长的膜层， 形成致密均匀结构， 使膜层的稳定性提高，到达改 善膜层光学和机械性能的目的。42. PVD 制造工艺中影响膜层折射率的主要因素？ 膜层的填充密度聚集密度；微观组织物理结构； 膜层的化学成分：热分解43. 低真空度对膜层质量的影响？ 真空度低，碰撞几率增大，无法镀膜或可镀膜但吸附性小，机械强度差，膜层疏松44. 对基片进行升温的优点有哪些？可能的缺点？ 1排除基片外表气体分子，增加基片与沉积分子的结合力； 2促使物理吸附向化学吸附转化，致使膜层紧密，附着力增强，机械强度提高； 3减少蒸气分子再结晶温度与基片温度的差异，提高膜层聚集度，消除内应力。 升温的缺点：膜层结构变化；膜料分解。45. 镀膜时的蒸气入射角在什么范围为宜？30 度以内。46. 列举提高薄膜机械强度的工艺方法？ 真空度沉积速率基片温度离子轰击基片清洁47. 控制薄膜折射率的工艺途径有哪些？ 真空度沉积速率基片温度 膜料蒸气分子入射角小角度蒸发可以获得致密膜层：48. 列举几种测试厚度的方法。 目视法判断膜厚颜色 极值法颜色 石英晶振法 频移法 周期法声阻抗法宽光谱膜厚监