《薄膜光學(xué)思考題和習(xí)題》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《薄膜光學(xué)思考題和習(xí)題（26頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,薄膜光學(xué)習(xí)題和思考題,4、寫出麥克斯韋微分方程組和物質(zhì)方程組,(1),(2),答：麥克斯韋微分方程組為：,(3),(4),物質(zhì)方程組為：,(6),(5),(7),5、寫出均勻無色散介質(zhì)中光波的波的波動方程。,答：,6、什么是介質(zhì)的折射率？,答：,對于非磁性介質(zhì)，,r,=1，所以,7、寫出介質(zhì)的光學(xué)導(dǎo)納,稱為真空的,光學(xué)導(dǎo)納,光學(xué)波段，,所以有：,Y,=,NY,0,所以，在光學(xué)波段，以真空中的光學(xué)導(dǎo)納為單位，用復(fù)折射率,N,表示介質(zhì)的光學(xué)導(dǎo)納。,答：,答：,坡印廷矢量又,稱為能流密度矢量，其表達(dá)式為：,它的大

2、小表示電磁波所傳遞的能流密度，它的方向代表能量流動的方向或電磁波傳播的方向。,8、寫出坡印廷矢量 的表達(dá)式，并指出其物理意義,9、在好的光學(xué)界面上，光波電磁場的邊值關(guān)系是什么？,答：所謂好的光學(xué)界面，是指不存在自由電荷、電流分布的界面，光波傳播遇到這樣的界面時，電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度矢量的切向分量連續(xù)；而電位移矢量和磁感應(yīng)強(qiáng)度的法向分量連續(xù)。,10、說出折射和反射定律的內(nèi)容？,答：時間頻率,是不變的；反射波和折射波均在入射面內(nèi)；反射角等于入射角。折射定律：折射介質(zhì)折射率與折射角正弦之積等于入射介質(zhì)折射率與入射角正弦之積。,11、,寫出菲涅耳公式的三種形式？,答：最基本的形式是,(1),(2),(4

3、),(3),利用折射定律，F(xiàn)resnel公式有如下的形式：,(1),(2),(3),(4),得,Fresnel公式的,另外一種形式,：,(1),(3),(2),(4),利用,13、一束光從折射率為,n,1,的介質(zhì)垂直入射到折射率為,n,2,的另外的介質(zhì)上，問此時的反射損失是多少？,12、何謂準(zhǔn)布儒斯特角？,答：對于空氣-金屬界面，,R,p,最小所對應(yīng)的入射角稱為準(zhǔn)布儒斯特角。,14、寫出單層膜的特征矩陣。,答：,15、寫出基片與單層薄膜組合的特征矩陣,答：,16、何謂四分之一波長膜？,答：光學(xué)厚度是控制波長的四分之一的膜,17、何謂半波長膜？,答：光學(xué)厚度是控制波長的二分之一的膜,18、敘述一

4、下光學(xué)薄膜的透射定理,答：無論膜層是否有吸收，膜系的透射率與光的傳播方向無關(guān)。,19、一塊玻璃的折射率為1.5，在其表面鍍制一層折射率為1.38的薄膜，要達(dá)到讓552nm的光入射時損失最小，那么要多厚的膜才能達(dá)到目標(biāo)？(即膜層的幾何厚度為多少？),答：此時的膜層光學(xué)厚度要達(dá)到四分之一波長才能達(dá)到要求，則幾何厚度為：d=,0/(4n)=552/(41.38)=100nm。,20、一束波長為560nm的光垂直照到一塊折射率為1.5、厚度為3mm的透明玻璃上，玻璃第一表面鍍有3層膜，從玻璃表面算起，第一層薄膜的折射率為2，幾何厚度為70nm、第二層薄膜的折射率為1.4，幾何厚度為200nm、第三層薄

5、膜的幾何厚度是66.7nm，折射率為2.1，另一表面沒鍍膜，問這束光通過玻璃后，損失多少能量？上述過程在空氣中進(jìn)行的。,答：各層膜的光學(xué)厚度分別為：n,1,d,1,=270nm=140nm=560nm/4；n,2,d,2,=1.4200nm=280nm=560nm/2；,n,3,d,3,=2.166.7nm=140nm=560nm/4；,所以各層膜的位相厚度分別為：,1,=/2、,2,=、,3,=/2。,20題解答(續(xù)1)：因為是垂直入射，所以各層膜的等效折射率分別為：,i,=,n,i,(,i,=1、2、3、g)；,(20題解答(續(xù)2),在玻璃第一表面有6.07%的損失，93.93%的能量透過

6、，到了第二表面，因為,又有4%的損失，透過96%；,所以總的透過率為0.93930.96=90.17%，,而總的反射損失則為9.87%,21、干涉矩陣法編程和魯阿德遞推法編程的步驟有哪些？,答：略，參看第六講,22、典型的膜系有哪些？,答：增透膜、分光膜、反射膜、濾光片以及其它用途的特殊膜系,23、什么是增透膜(或減反膜),答：涂敷在某一界面上使該界面固有反射率降低，透射率增大的膜層,24、對于單層膜來說，要使某一波長的反射率為零，膜的折射率,n,1,與入射介質(zhì)、基片的折射率,n,0,、,n,g,的關(guān)系是什么？此時單層膜的反射率是多少？,25、對于雙層膜來說，入射介質(zhì)、第一層膜、基片的折射率分

7、別為,n,0,、,n,1,、,n,g，,要使某一波長的透射率達(dá)到100%，那么第二層膜的折射率是多少？,27、使用減反膜的時候需要注意什么？,答：1)、使用的波長范圍，單點還是寬光譜或一段光譜帶一點；例如可見區(qū)(400nm700nm)，或紅外（3700nm4800nm)，或可見區(qū)加1064nm等；,2)、剩余反射率指標(biāo)；（平均或最大剩余反射率）,3)、使用角度或角度范圍；,4)、使用環(huán)境；（有無防水、防熱、防電三防要求等）,5)、有無激光閾值要求；,26、什么叫規(guī)整膜系，什么叫非規(guī)整膜系,答：實際工作中,0,/4的整數(shù)倍厚度容易控制，人們把全部由,0,/4整數(shù)倍厚度組成的膜系稱為,規(guī)整膜系,，

8、反之為,非規(guī)整膜系,。,28、列出V型、W型雙層膜的膜系結(jié)構(gòu)，寫出它們的特征矩陣,答：V型膜的膜系結(jié)構(gòu)是：,n,0,|,n,1,(,0,/4)/,n,2,(,0,/4)|,n,g,，適用于窄帶減反；,W型膜的膜系結(jié)構(gòu)是：,n,0,|,n,1,(,0,/4)/,n,2,(,0,/2)|,n,g,，適用于寬帶減反。它們的特征矩陣分別為：,29、一般來講，分光膜可分為分束膜(也叫分光鏡)和分色膜，后者是按顏色(波長)不同進(jìn)行分光，那么分束膜的功能是什么呢？,答：分束膜(分光鏡)的功能是把一束光分按比例分成光譜成分相同的兩束光，也就是說，它在一定的波長區(qū)域內(nèi)，如可見區(qū)內(nèi)，對各波長具有相同的透射率、反射

9、率比例，因而反射光和透射光不具有顏色，呈色中性。,30、有哪幾種金屬可用作分光膜？,答：銀、金、鋁、鉻、銠、鉑等,31、金屬分光鏡有哪些優(yōu)缺點,優(yōu)點：中性好，光譜范圍寬、偏振效應(yīng)小、制作簡單,缺點：吸收大；分光效率低下；激光閾值低,32、試闡述偏振分束膜的原理？,答：折射率不同的兩個介質(zhì)的分界面，當(dāng)入射角為布儒斯特角時，,p,光反射率為0，全部透射，而,s,光部分反射，部分透射。,為了增加,s,光的反射率，將兩種材料交替沉積形成多層膜，致使s光的透射率接近0，而這時,p,光的透射率保持為1，從能量角度來說，實現(xiàn)了50/50的分光，因為反射光是s光、透射光是p光，它們都是線偏振光。,33、什么是

10、反射膜？,答：涂敷在基片上能達(dá)到一定反射率的膜系稱為反射膜。,34、反射膜有哪幾類？,答：金屬反射膜、金屬-介質(zhì)反射膜和全介質(zhì)反射膜,35、常見的金屬反射膜有哪幾種？,答：鋁、銀、金以及鉑銠等金屬膜,36、全介質(zhì)反射膜的反射帶寬是多少？,反射帶寬與H、L的折射率有關(guān),用相對波數(shù)表示帶寬：,用波長表示帶寬：,37、將折射率為2.35的硫化鋅和折射率為1.38的氟化鎂交替敷鍍在折射率為1.52的玻璃上，以期提高玻璃的反射率，請寫出這種膜系的結(jié)構(gòu)；如果制膜時采用540nm的綠光監(jiān)控，問這種膜系的反射帶寬是多少？什么范圍內(nèi)的光能被高反射？,答：膜系結(jié)構(gòu)為：Glass/(HL),s,H(s為周期數(shù)，n,

11、H,=2.35；n,L,=1.38)；,在462.5nm648.6nm的可見光被高反射。,38、有些場合標(biāo)準(zhǔn)的全介質(zhì)反射膜的反射帶寬是不夠用的。為了展寬反射帶，有哪些辦法？,答：,一)、改變厚度薄膜，或者使膜厚按算術(shù)遞增；或者使膜厚按幾何遞增；,二)、在一個1/4波長的多層膜上，再鍍中心波長稍不同的一個多層膜系,三)3、中心波長不同的對稱膜系(H/2)L(H/2),m,和(L/2)H(L/2),s,的疊加,四)、其他形式的膜系疊加，如2:1膜系和常規(guī)膜系疊加,40、說出全介質(zhì)反射膜的結(jié)構(gòu)。,答：結(jié)構(gòu)為：G/(HL),s,H/A，其中A為入射介質(zhì)，常為空氣，G表示基片，常為玻璃；H表示高折射率膜

12、，L表示低折射率膜，,s,表示重復(fù)次數(shù)。,41、什么叫相對波數(shù)？,答：中心波長與其它波長的比值稱為相對波數(shù)，相對波數(shù)小意味著長波，相對波數(shù)大意味著短波。,42、什么叫濾光片，有哪幾類？,答：涂敷在基片上使得一定范圍內(nèi)的波長的光具有很高的反射率，而其它波長的光具有一定的透射率的膜系稱為濾光片。濾光片分為干,涉截止濾光片、窄帶、帶通濾光片、金屬濾光片、負(fù)濾光片等幾類。,43、干涉截止濾光片有哪些衡量指標(biāo)？,答：1)透射曲線開始上升(或下降)時的,波長,以及此曲線上升(或下降)的許可斜率；2)高透射帶的光譜寬度、平均透射率以及在此透射帶內(nèi)許可的最小透射率；3)具有低透射率的反射帶(抑制帶)的光譜寬度

13、以及在此范圍內(nèi)所許可的最大透射率。,44、說出干涉截止濾光片的基本結(jié)構(gòu)？,答：與反射膜的基本結(jié)構(gòu)是一樣的，都是HL，為高地折射率的四分之一波長膜的交替組合，改進(jìn)后的效果更好的結(jié)構(gòu)是(,p,/2,q,p,/2),s,，其中,p,、,q,表示高低折射率膜層，s表示重復(fù)周期,答：截止帶的寬度用相對波數(shù)來表示為：,45、對于(,p,/2),q,(,p,/2)結(jié)構(gòu)的干涉截止濾光片，其截止帶寬為多少？,其中，,p,和,q,分別為膜層的等效折射率,46、考慮一下干涉截止濾光片的設(shè)計步驟,答：略，參看第十二講的第五部分,47、表征帶通濾光片的應(yīng)用特性的主要參數(shù)有哪些？,答：,0,中心波長，或稱峰值波長;,T,

14、max,(,T,M,)中心波長透射率，亦即 峰值透射率；,2,透過率為峰值透過率一半的波長寬度，也稱通帶半寬度；,48、帶通濾光片有哪幾種典型膜系？,答：金屬-介質(zhì)膜濾光片；全介質(zhì)濾光片；雙半波、三半波全介質(zhì)濾光片；金屬誘導(dǎo)透射濾光片,49、下列符號分別表示什么功能的光學(xué)薄膜？,48題解答：,1.減反膜,2.濾光膜,3 保護(hù)膜,4 內(nèi)反射,5 外反射,6 高反膜,7 分束膜,8 分色膜,9 偏振膜,10 導(dǎo)電膜,50、真空鍍膜機(jī)包含哪幾大系統(tǒng)，它們的作用都是什么？,答：真空鍍膜機(jī)包含四大系統(tǒng)：1)、真空系統(tǒng)，用來形成需要的真空；2)、蒸發(fā)系統(tǒng)，用來將材料變成氣態(tài)；3）、控制系統(tǒng)，用來控制準(zhǔn)確的膜層厚度。,51、常見的光學(xué)薄膜的依附體即常用的光學(xué)基片有哪幾大類？,答：一)、玻璃，在光學(xué)應(yīng)用上最重要，分為無色光學(xué)玻璃、有色光學(xué)玻璃、普通玻璃、特殊玻璃等；,二)、陶瓷；,三)、光學(xué)晶體，分為低族晶體、中族晶體和高族晶體，常用中級晶族和高級晶族；,四)、光學(xué)塑料，分為三大類：A、塑料透鏡(包括工業(yè)、儀器用透鏡、眼鏡、接觸眼鏡、非球面透鏡、棱鏡和菲涅耳透鏡等)；B、光盤及光學(xué)纖維；C、其它功能性光學(xué)塑料元件；,五)、金屬,