2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——光學(xué)薄膜在激光器件中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題備選答案中，只有一個(gè)是符合題意的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在題后的括號(hào)內(nèi)。）1.光學(xué)薄膜的主要功能之一是改變光的傳播特性，以下哪一項(xiàng)不是光學(xué)薄膜的主要功能？A.增加透射率B.增加反射率C.改變光的偏振態(tài)D.吸收所有入射光2.在光學(xué)薄膜的制備過程中，磁控濺射技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)之一是：A.成本低廉，易于操作B.可以制備各種復(fù)雜厚度的膜層C.膜層均勻性好，附著力強(qiáng)D.適用于大面積薄膜的制備3.高反膜通常采用多層介質(zhì)薄膜結(jié)構(gòu)，其主要工作原理是：A.利用薄膜的吸收特性B.利用薄膜的散射特性C.利用不同介質(zhì)折射率的干涉效應(yīng)D.利用薄膜的磁性效應(yīng)4.在激光器中，增透膜的主要作用是：A.增加激光器的輸出功率B.增加激光器的效率C.減少激光器諧振腔端面的反射損失D.改變激光器的輸出波長(zhǎng)5.以下哪種材料不適合用于制備光學(xué)薄膜？A.氧化硅B.氮化硅C.金D.氮化鋁6.光學(xué)薄膜的厚度通常在納米量級(jí)，這是因?yàn)椋篈.薄膜太厚會(huì)影響光的干涉效應(yīng)B.薄膜太厚會(huì)增加制備難度C.薄膜太厚會(huì)導(dǎo)致附著力下降D.薄膜太厚會(huì)增加激光器的損耗7.分光膜在激光器中的作用是：A.將激光器發(fā)出的光分成不同的波長(zhǎng)B.將激光器發(fā)出的光分成不同的偏振態(tài)C.將激光器發(fā)出的光分成不同的空間通道D.將激光器發(fā)出的光反射回去8.光學(xué)薄膜的折射率通常在1到3之間，這是因?yàn)椋篈.折射率太低無法形成干涉效應(yīng)B.折射率太高會(huì)導(dǎo)致激光器損耗過大C.折射率太高會(huì)影響薄膜的附著力D.折射率太高會(huì)增加制備難度9.在激光加工中，光學(xué)薄膜可以用于：A.保護(hù)激光器諧振腔端面B.增強(qiáng)激光與材料的相互作用C.改變激光的焦點(diǎn)位置D.以上都是10.以下哪種測(cè)量方法不適合用于測(cè)量光學(xué)薄膜的厚度？A.等厚干涉法B.橢偏儀法C.X射線衍射法D.光學(xué)顯微鏡法二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將正確答案填在橫線上。）1.光學(xué)薄膜的制備方法主要包括________、________和離子束沉積等。2.光學(xué)薄膜的色散特性可以用________參數(shù)來描述。3.在激光器中，光學(xué)薄膜的附著力是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，通常用________來衡量。4.低反膜又稱為________膜，其主要作用是減少光的反射損失。5.光學(xué)薄膜的損耗主要來源于________損耗和________損耗。6.在光纖通信中，光學(xué)薄膜可以用于制備________和________。7.光學(xué)薄膜的制備環(huán)境通常要求________和________。8.激光器的輸出光譜特性與光學(xué)薄膜的________和________有關(guān)。9.光學(xué)薄膜的耐候性是指薄膜在________和________等環(huán)境因素作用下的穩(wěn)定性。10.磁控濺射技術(shù)是目前制備光學(xué)薄膜最常用的方法之一，其主要原理是利用________轟擊靶材，使靶材中的原子或分子濺射到基板上形成薄膜。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共30分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題。）1.簡(jiǎn)述光學(xué)薄膜的干涉原理。2.簡(jiǎn)述磁控濺射技術(shù)的原理及其主要優(yōu)點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述高反膜在激光器中的應(yīng)用。4.簡(jiǎn)述增透膜在激光器中的應(yīng)用。5.簡(jiǎn)述光學(xué)薄膜的損耗來源及其影響。6.簡(jiǎn)述光學(xué)薄膜在激光加工中的應(yīng)用。四、計(jì)算題（每小題10分，共20分。請(qǐng)根據(jù)題意進(jìn)行計(jì)算。）1.已知某光學(xué)薄膜的折射率為2，入射光波長(zhǎng)為500nm，求該薄膜在入射角為30度時(shí)的反射率（假設(shè)薄膜厚度為100nm，可以使用菲涅爾公式進(jìn)行計(jì)算）。2.已知某激光器輸出功率為100W，諧振腔端面反射率為10%，求該激光器因端面反射損失的能量是多少？五、論述題（10分。請(qǐng)結(jié)合實(shí)際，論述光學(xué)薄膜在激光器件中的重要性。）試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.C5.C6.A7.C8.B9.D10.D二、填空題1.化學(xué)氣相沉積，磁控濺射2.折射率隨波長(zhǎng)變化率3.膜層剝離強(qiáng)度4.抗反射5.吸收，散射6.光纖連接器，光纖耦合器7.干燥，潔凈8.折射率，厚度9.溫度，濕度10.離子三、簡(jiǎn)答題1.光學(xué)薄膜的干涉原理基于光的疊加原理。當(dāng)光波在薄膜的上下表面反射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相干光波，這兩束光波會(huì)發(fā)生干涉。根據(jù)薄膜的厚度和入射光波長(zhǎng)，可以控制干涉的相位差，從而產(chǎn)生constructiveinterference（相長(zhǎng)干涉）或destructiveinterference（相消干涉）。通過合理設(shè)計(jì)薄膜的厚度和折射率，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波長(zhǎng)光的透射或反射。2.磁控濺射技術(shù)的原理是利用磁場(chǎng)控制等離子體，使離子加速轟擊靶材，靶材中的原子或分子被濺射出來，并沉積到基板上形成薄膜。其主要優(yōu)點(diǎn)包括：可以制備各種材料的薄膜，薄膜厚度均勻，附著力好，沉積速率快，工藝參數(shù)可調(diào)范圍廣等。3.高反膜在激光器中主要用于構(gòu)成激光器的諧振腔，以實(shí)現(xiàn)激光的單色性和方向性。高反膜對(duì)特定波長(zhǎng)的光具有極高的反射率，而對(duì)其他波長(zhǎng)的光則具有較低的反射率。通過在諧振腔兩端設(shè)置高反膜，可以使特定波長(zhǎng)的光在腔內(nèi)反復(fù)振蕩，從而實(shí)現(xiàn)激光的放大和輸出。4.增透膜在激光器中主要用于減少激光器諧振腔端面的反射損失，提高激光器的效率。增透膜對(duì)特定波長(zhǎng)的光具有極高的透射率，而對(duì)其他波長(zhǎng)的光則具有較低的透射率。通過在諧振腔端面設(shè)置增透膜，可以使激光束能量更多地進(jìn)入諧振腔，從而提高激光器的輸出功率和效率。5.光學(xué)薄膜的損耗主要來源于吸收損耗和散射損耗。吸收損耗是指光在薄膜中傳播時(shí)，由于薄膜材料對(duì)光的吸收而導(dǎo)致的能量損失。散射損耗是指光在薄膜中傳播時(shí)，由于薄膜表面的粗糙度或內(nèi)部缺陷等因素，導(dǎo)致光的傳播方向發(fā)生改變而引起的能量損失。光學(xué)薄膜的損耗會(huì)影響激光器的輸出功率和效率，以及激光束的質(zhì)量。6.光學(xué)薄膜在激光加工中的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：激光切割、激光焊接、激光打標(biāo)、激光表面處理等。在激光切割中，光學(xué)薄膜可以用于保護(hù)激光器諧振腔端面，提高切割精度和效率；在激光焊接中，光學(xué)薄膜可以用于增強(qiáng)激光與材料的相互作用，提高焊接強(qiáng)度；在激光打標(biāo)中，光學(xué)薄膜可以用于改變激光的焦點(diǎn)位置，提高打標(biāo)精度；在激光表面處理中，光學(xué)薄膜可以用于改變材料的表面特性，如硬度、耐磨性等。四、計(jì)算題1.根據(jù)菲涅爾公式，反射率R可以表示為：R=((n2*cos(θi)-n1*cos(θt))/(n2*cos(θi)+n1*cos(θt)))^2其中，n1為入射介質(zhì)折射率（空氣），n2為薄膜折射率，θi為入射角，θt為折射角。根據(jù)折射定律，n1*cos(θi)=n2*cos(θt)，所以cos(θt)=(n1*cos(θi))/n2代入公式，得到：R=((n2*cos(θi)-n1*(n1*cos(θi))/n2)/(n2*cos(θi)+n1*(n1*cos(θi))/n2))^2化簡(jiǎn)，得到：R=((n2^2*cos(θi)-n1^2*cos(θi))/(n2^2*cos(θi)+n1^2*cos(θi)))^2代入n1=1，n2=2，θi=30度，得到：R=((4*cos(30度)-1)/(4*cos(30度)+1))^2計(jì)算得到R≈0.042或4.2%2.激光器因端面反射損失的能量可以通過以下公式計(jì)算：E_loss=P_in*R其中，E_loss為損失的能量，P_in為激光器輸出功率，R為諧振腔端面反射率。代入P_in=100W，R=10%=0.1，得到：E_loss=100W*0.1=10W所以，該激光器因端面反射損失的能量為10W。五、論述題光學(xué)薄膜在激光器件中具有非常重要的作用。首先，光學(xué)薄膜是構(gòu)成激光器諧振腔的關(guān)鍵元件，高反膜和增透膜的設(shè)計(jì)和制備直接影響到激光器的輸出功率、光譜特性和穩(wěn)定性。其次，光學(xué)薄膜可以用于激光束的整形、分束、濾波等，提高激光器的應(yīng)用性能。此外，光學(xué)薄膜還可以用于保護(hù)激光器諧振腔端面，延長(zhǎng)激光器的使