微波光学实验.doc

微波分光仪
一、概述
微波在科学研究、工程技术、交通管理、医疗诊断、国防工业的国民经济的各个方面都有十分广泛的应用。研究微波,了解它的特性具有十分重要的意义。
微波和光都是电磁波,都具有波动这一共性。都能产生反射、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时一致的。由于微波的波长比光波的波长在数量级上相差一万倍左右,因此用微波来做波动实验比光学实验更直观,方便和安全。比如在验证晶格的组成特征时,布喇格衍射就非常的形象和直观。
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、微波的反射,2、驻波-测量波长;3、棱镜的折射;4、偏振;5、双缝干涉;6、劳埃德镜;7、法布里-罗布干涉仪;8、迈克尔逊干涉仪;9布儒斯特角;10、布喇格衍射;11、纤维光学。
二、系统组成
微波信号源
,,功率15mW,频率稳定度可达5×10-5,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。
发射器组件
组成部分:缆腔换能器,谐振腔,隔离器,衰减器,喇叭天线及支架。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水平的。
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倍档、×10倍档和×50倍档,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。
中心平台
测试部件的载物台和角度计。
其他配件
反射板(金属板,2块),透射板(部分反射板,2块),偏振板,光缝屏(宽屏1块,窄屏1块),光缝夹持条,中心支架,移动支架(2个),塑料棱镜,棱镜座,模拟晶阵,晶阵座,聚苯乙烯丸,钢直尺(4根)。
三、仪器的基本操作
钢直尺的使用情况:除了进行“迈克尔逊干涉实验”中,接收器组件安置在4号钢尺外,其他实验都是安置在1号钢尺上。发射器组件一直安置在2号钢尺上。
实验1 系统初步认识
实验目的:
本实验系统的介绍了微波光学系统,它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:
微波信号源发射器组件接收器组件
中心平台反射板钢直尺(1号、2号)
实验步骤:
将发射器和接收器安置在带有角度计的中心平台上,其中发射器安置在固定臂(2号钢直尺)上,接收器安置在可动臂(1号钢直尺)上。注意发射器和接收器的喇叭口相对,宽边与地面平行,。
调节发射器和接收器之间的距离。(喇叭口相距40cm左右)。调节发射器上的衰减器和电流表上的档位开关,使接收器上的电流表的指示在1/2量程左右(约50uA)。
沿着可动臂缓慢移动接收器,观察并记下不同位置处对应电流表上的数值。距离移动范围为±15cm。
松开接收器上面的手动螺栓,慢慢转动接收器,同时观察电流表上读数的变化,并解释这一现象。
发射器上旋钮使用方法如下。
衰减器旋钮:顺时针旋转为增大发射功率,反之则减小发射功率;
喇叭止动旋钮:该旋钮可以锁定喇叭的方向。喇叭只能单方向旋转90°。
接收器上也有喇叭止动旋钮,功能和发射器上对应旋钮一样。
实验2 反射
实验目的:
了解微波的反射特性
实验仪器:
微波信号源发射器组件接收器组件
中心平台中心支架反射板钢直尺(1号、2号)
实验原理:
微波和光都是电磁波,都具有波动这一共性,都能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。在光学实验中,可以用肉眼看到反射的光线。本实验将通过电流表反映出折射的微波。
实验步骤:
将发射器安置在2号钢尺上,接收器安置在1号钢尺上,喇叭朝向一致(宽边水平)。发射器和接收器距离中心平台约35cm。打开信号源开始实验。
固定入射角于45度。(入射波轴线与反射镜法线之间的夹角称为入射角)
转动装有接收器的可转动臂,使电流表读数最大,记录此时的反射角于表1中。(接收器喇叭的轴线与反射镜法线之间的夹角称为反射角)
当入射角分别为20°,30°,40°,50°,60°,70°时测量对应的反射角,记录于表1中。比较入射角和反射角之间的关系。
表1:
入射角度
反射角度
误差度数
误差百分比
20°
30°
40°
45°
50°
60°
70°
实验3 驻波-测量波长
实验目的:
了解微波的驻波现象,并利用驻波来测量微波的波长
实验仪器:
微波信号源发射器组件接收器组件
中心平台钢直尺(1号、2号)
实验原理:
微波喇叭既能接收微波,同时它也会反射微波