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微波光学实验
微波作为一种电磁波,具有波粒二象性。微波和光波一样,都具有波动性,能产生反射、折射、干涉和衍射等现象,因此用微波作波动实验与用光作波动实验所说明的波动现象及规律是一致的。由于微波的波长比光波的波长在数量级上至少相差一万倍,因此用微波来做波动实验比光学实验更直观、方便和安全。微波的基本性质通常还呈现为穿透、吸收、反射三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器,微波几乎是穿透而不被吸收;水和食物等物质会吸收微波而使自身发热;对金属类物质,则会反射微波。
通过本系统所提供的以下实验内容,可以加深对微波及微波系统的理解,特别是微波的波动这一特性。
1、反射,2、折射,3、偏振,4、双缝干涉,5、驻波-测量波长,
仪器介绍
图 1 实验整机图
发射器组件
组成部分:缆腔换能器、谐振腔、隔离器、衰减器、喇叭天线、支架及微波信号源。±20MHz,,功率15mW,频率稳定度可达2×10-4,幅度稳定度:10-2,这种微波源相当于光学实验中的单色光束,将电缆中的微波电流信号转换为空中的电磁场信号。喇叭天线的增益大约是20分贝,波瓣的理论半功率点宽度大约为:H面20°,E面16°。当发射喇叭口面的宽边与水平面平行时,发射信号电矢量的偏振方向是垂直的。
接收器组件
组成部分:喇叭天线、检波器、支架、放大器和电流表。检波器将微波信号变为直流或低频信号。放大器分三个档位,分别为×1档、××,可根据实验需要来调节放大器倍数,以得到合适的电流表读数。
在读数时,实际电流值等于读数值乘以所在档位的系数。
平台
组成部分:中心平台和四根支撑臂等。其中,中心平台上刻有角度,直径为20cm,3号臂为固定臂,用于固定微波发射器,1号臂为活动臂,可绕中心做±160°旋转,用于固定微波接收器,剩下两臂可以拆除。
支架
组成部分:一个中心支架和两个移动支架,不用时可以拆除。中心支架一般放置在中心平台上,移动支架一般固定在支撑臂上。
其他配件
反射板(5,金属板,2块),双缝板(6,金属板,有两个宽度为15mm的缝),偏振板(7),塑料棱镜(8),透射板(9,玻璃板,2块),聚苯乙烯颗粒袋(10),模拟晶阵(11),棱镜座,晶阵座,DC12V电源(两支)。
实验1 系统初步认识
实验目的
本实验系统介绍了微波光学系统,有助于学习设备的使用及理解用这套设备进行测量的重要性。
实验仪器
发射器组件接收器组件平台 DC12V电源
实验步骤
将发射器和接收器分别安置在固定臂和活动臂上,发射器和接收器的喇叭口正对,宽边与地面平行,活动臂刻线与180°对齐,如图 2。打开电源开关。
调节发射器和接收器之间的距离,间距初始值设置为41cm左右(可根据实际情况自行调整)。将电流表上的档位开关置于“×”档,调节发射器上的衰减器强弱旋钮,使接收器上的电流表的指针在1/2量程左右(约5uA)。
将接收器沿着活动臂缓慢向右移动30cm,每隔1cm观察并记录对应电流表上的数值,将数值记录在表 1中。(实验过程中电流表读数值过大、过小都可通过调节档位来读数)
将发射器和接收器之间的间距调节为70cm(建议发射器和接收器到中心的距离各35cm),调节衰减器的强弱使电流表在“×”档时