第2期 沈元华:设计性、研究性物理实验介绍 d.热偶规的工作原理是什么?它为什么只能干涉和双光束干涉的条纹有何主要差别?为什么 测低真空?为什么要经常对它的加热电流进行定有这个差别?如何制备样品?画出测试光路图并 标?热偶规所测的气压是否与气体种类有关 阐明原理 e.电离规的工作原理是什么?它为什么既 c.用单色仪测量薄膜的透射率曲线:棱镜单 不能测低真空,也不能测超高真空?每次使用前色仪为什么要定标?如何定标?画出定标的光路 为什么要先进行“除气”?电离规所测的气压是否并简述原理单色仪的分辨本领对窄带滤光片测 与气体种类有关? 量有何影响?测量中如何消除玻璃基板的影响? f.画出高真空镀膜机的真空系统,说明各阀如何利用膜厚监控设备测量透射率曲线 门的作用 d.测量薄膜的偏振特性:什么是s光和p光? 4)关于热蒸发镀膜技术 高反膜斜入射时p光和s光的中心波长如何变 a.玻璃基板为什么必须仔细清洗?如何清化?一个高反膜斜入射时可出现几个偏振带?自 洗 己设计光路并简述原理 b.真空室为什么每次要清洗?如何清洗? 实验室可提供的主要器材为:高真空镀膜机 c.为什么镀膜必须在高真空下进行? 光学膜厚监控系统;镀膜材料(Zns,MgF2,A,Ag d.蒸镀前基板为什么要加热?加热温度为什等);玻璃基板、锗基板;清洗材料;单色仪;光栅光 么不可太高? 谱仪;分光计;钠灯、汞灯、氦氖激光器等光源;各 ε.蒸发材料为什么必须预熔?如何判断升华类光探测器;常用光学元件,如透镜、棱镜、支架 材料(如硫化锌块)与融熔材料(如氟化镁粉末)的等;其他材料. 预熔已达到要求? 实验研究的课题(任选以下四部分中的一部 f.为什么在蒸镀前都要用挡板挡住该材料进分或几部分进行设计、研究和实验) 行预热,到正常蒸发后才可打开挡板? 1)设计与制备锗片和玻璃片上的增透膜,测 g如何保证镀膜时各基板(或一块大基板的量与研究其剩余反射率 各部分)膜厚均匀? a.已知锗在A>2pm的红外区是透明的,其 h.为什么镀膜结束后不可立即放大气取出样折射率约为4.0,玻璃在可见区的折射率约为 品 1.52.由此选择薄膜材料,估计其单层膜的最低反 i.为什么薄膜样品取出后还要再放入烘箱中射率 烘烤? b制定单层增透膜的镀膜方案.(厚度为多 5)关于膜厚监控技术 少?如何用可见光监控?注意膜料的色散.) a.画出用测量透射率极值法监控膜厚系统的 c.设计一个测量反射率的简单装置,用来测 原理图,说明各部分的作用 量可见、红外的低反射率 b.膜厚监控系统对光源有什么要求?可否用 d.(选做)设计用ZnS-MgF2制备玻璃上的双 激光做光源? 层零反射膜(中心波长633mm) c.为什么光路中要加光调制板?它放在近光 提示:令从空气-MgF2,MgF2-ZnS,znS-玻 源处好还是近探测器处好?为什么 璃3个界面上反射的光矢量相互抵消(可用矢量 d.如何判断光路调节是否达到最佳状态? 法估算各层的光学厚度) e.对监控片有什么要求?为什么? 2)设计与制备多层介质高反射膜,测量并研 f对单色仪有何要求? 究其反射率曲线 g对探测器有何要求? a用ZnS-MgF2设计制备4高反膜.计算 6)关于薄膜光学性能测试技术 各层的透射率,与实际结果相比较测量其反射率 a.用布儒斯特角法测量薄膜的折射率什么曲线研究其高反带宽度和最大反射率与计算是 是布儒斯特角?如何制备样品?画出测试光路图否符合,并讨论观察其正入射和斜入射时透射光 并阐述原理 与反射光颜色,并讨论 b用多光束干涉法测量薄膜的厚度:多光束 b.设计和制备宽带高反膜,要求可见区都高 2 01995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId Al rights reserved.d. 热偶规的工作原理是什么 ? 它为什么只能 测低真空 ? 为什么要经常对它的加热电流进行定 标 ? 热偶规所测的气压是否与气体种类有关 ? e. 电离规的工作原理是什么 ? 它为什么既 不能测低真空 ,也不能测超高真空 ? 每次使用前 为什么要先进行“除气”? 电离规所测的气压是否 与气体种类有关 ? f.画出高真空镀膜机的真空系统 ,说明各阀 门的作用. 4) 关于热蒸发镀膜技术 a.玻璃基板为什么必须仔细清洗 ? 如何清 洗 ? b. 真空室为什么每次要清洗 ? 如何清洗 ? c. 为什么镀膜必须在高真空下进行 ? d. 蒸镀前基板为什么要加热 ? 加热温度为什 么不可太高 ? e. 蒸发材料为什么必须预熔 ? 如何判断升华 材料(如硫化锌块) 与融熔材料(如氟化镁粉末) 的 预熔已达到要求 ? f. 为什么在蒸镀前都要用挡板挡住该材料进 行预热 ,到正常蒸发后才可打开挡板 ? g. 如何保证镀膜时各基板 (或一块大基板的 各部分) 膜厚均匀 ? h. 为什么镀膜结束后不可立即放大气取出样 品 ? i. 为什么薄膜样品取出后还要再放入烘箱中 烘烤 ? 5) 关于膜厚监控技术 a. 画出用测量透射率极值法监控膜厚系统的 原理图 ,说明各部分的作用. b. 膜厚监控系统对光源有什么要求 ? 可否用 激光做光源 ? c. 为什么光路中要加光调制板 ? 它放在近光 源处好还是近探测器处好 ? 为什么 ? d. 如何判断光路调节是否达到最佳状态 ? e. 对监控片有什么要求 ? 为什么 ? f. 对单色仪有何要求 ? g. 对探测器有何要求 ? 6) 关于薄膜光学性能测试技术 a. 用布儒斯特角法测量薄膜的折射率 :什么 是布儒斯特角 ? 如何制备样品 ? 画出测试光路图 并阐述原理. b. 用多光束干涉法测量薄膜的厚度 :多光束 干涉和双光束干涉的条纹有何主要差别 ? 为什么 有这个差别 ? 如何制备样品 ? 画出测试光路图并 阐明原理. c. 用单色仪测量薄膜的透射率曲线 :棱镜单 色仪为什么要定标 ? 如何定标 ? 画出定标的光路 并简述原理. 单色仪的分辨本领对窄带滤光片测 量有何影响 ? 测量中如何消除玻璃基板的影响 ? 如何利用膜厚监控设备测量透射率曲线 ? d. 测量薄膜的偏振特性 :什么是 s 光和 p 光 ? 高反膜斜入射时 p 光和 s 光的中心波长如何变 化 ? 一个高反膜斜入射时可出现几个偏振带 ? 自 己设计光路并简述原理. 实验室可提供的主要器材为 :高真空镀膜机 ; 光学膜厚监控系统 ;镀膜材料 ( ZnS ,MgF2 ,Al ,Ag 等) ;玻璃基板、锗基板 ;清洗材料 ;单色仪 ;光栅光 谱仪 ;分光计 ;钠灯、汞灯、氦氖激光器等光源 ;各 类光探测器 ;常用光学元件 ,如透镜、棱镜、支架 等 ;其他材料. 实验研究的课题 (任选以下四部分中的一部 分或几部分进行设计、研究和实验) : 1) 设计与制备锗片和玻璃片上的增透膜 ,测 量与研究其剩余反射率 a. 已知锗在λ> 2μm 的红外区是透明的 ,其 折射率约为 4. 0 ,玻璃在可见区的折射率约为 1. 52. 由此选择薄膜材料 ,估计其单层膜的最低反 射率. b. 制定单层增透膜的镀膜方案. (厚度为多 少 ? 如何用可见光监控 ? 注意膜料的色散. ) c. 设计一个测量反射率的简单装置 ,用来测 量可见、红外的低反射率. d. (选做) 设计用 ZnS - MgF2 制备玻璃上的双 层零反射膜(中心波长 633 nm) . 提示 :令从空气 - MgF2 ,MgF2 - ZnS , ZnS - 玻 璃 3 个界面上反射的光矢量相互抵消 (可用矢量 法估算各层的光学厚度) . 2) 设计与制备多层介质高反射膜 ,测量并研 究其反射率曲线 a.用 ZnS - MgF2 设计制备λ/ 4 高反膜. 计算 各层的透射率 ,与实际结果相比较. 测量其反射率 曲线 ,研究其高反带宽度和最大反射率与计算是 否符合 ,并讨论. 观察其正入射和斜入射时透射光 与反射光颜色 ,并讨论. b. 设计和制备宽带高反膜 ,要求可见区都高 第 2 期 沈元华 :设计性、研究性物理实验介绍 53 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved