微波光学实验报告.doc

--------------------------校验:_____________-----------------------日期:_____________微波光学实验报告微波光学实验报告一、(1)学习一种测量微波波长的方法。(2)观察微波的衍射现象并进行定量测量。(3)测量微波的布拉格衍射强度分布。 微波分光仪、分束玻璃板、固定和移动反射板、单缝板、双缝板、模拟晶体等。二、实验原理(要求与提示:限400字以内,实验原理图须用手绘后贴图的方式) 微波是一种波长处于1mm~1m之间的电磁波,范围为3×102~3×105MHz之间。微波也具有衍射、干涉等性质。(迈克尔逊干涉仪)测微波波长用迈克尔逊干涉仪测波长光路图如上。设微波波长为λ,若经M1和M2反射的两束波波程差为Δ,则当满足Δ=kλ(k=±1,±2,…)时,两束波干涉加强,得到各级极大值;当满足Δ=(k+12)λ(k=0,±1,±2,…)时,两束波干涉减弱,得到各级极小值。将反射板M2沿着微波传播的方向移动d,,使接收喇叭收经过N个极小值信号,即电流示数出现N个极小值,读出M2移动的总距离L,则有:2L=N·λ从而λ=2LN由此可见,只要测定金属板位置的该变量L和出现接收到信号幅度最小值的次数N,可以求出微波波长。,会发生衍射现象。在狭缝后面的衍射屏上出现衍射波强度不均匀,中央最强且最宽,从中央向两边微波衍射强度迅速减小。当θ=0时,衍射波强度最大,为中央零级极大; 其他次级强所在位置为:asinθ=±(k+12)λ(k=1,2,…)暗条纹位置为:asinθ=kλ(k=±1,±2,…)式中a为单缝的宽度。因此可以画出单缝衍射的强度分布曲线如上图。 当微波入射到一块开有两个缝的铝板时,会发生衍射现象,两缝面内波是同相位的。由惠更斯原理,来自两缝波面向同一方向传播的子波叠加决定该方向的强度。强度极小所在位置(干涉相消):dsinθ=(k+12)λ(k=0,±1,±2,…)强度极大所在位置(干涉相长):asinθ=kλ(k=0,±1,±2,…),称为晶格。最简单的晶格为立方晶格,具有三维的空间点阵结构,它如同一个三维光栅。晶体点阵中原子排列成许多具有不同取向的晶面,每个取向都由许多互相平行的晶面构成晶面族。由于晶体面间距与X射线波长相当,因此晶体能对X射线产生衍射。密勒指数的确定方法为:该晶面在坐标轴的截距分别为x,y,z,取其倒数1x,1y,1z的简单整数倍即为密勒指数(hkl).布拉格认为,当散射方向满足“光学镜面反射”条件,即散射线、入射线、晶面法线共面,且在法线两侧,反射角等于入射角,各原子的散射波将具有相同的相位,因而干涉加强。以(100)晶面族研究微波的衍射。如图,当波束衍射到(100)晶面族上时,每个晶面将反射一部分,相邻两晶面波程差为:PQ+QR=2dsinθ式中,θ为掠射角(布拉格角),2θ为衍射角,d为晶面间距,简单立方中,晶面间距d=ah2+k2+l2当满足布拉格公式:2dsinθ=nλ(n=0,1,2…)时,两波相干加强。对应于n=0,1,2,…,分别得到中央极大和一组次级大。由布拉格公式可知,λ2≤d是能产生衍射的条件。布拉格公式是能产生衍射衍射的方向条件。满足方向条件,还要满足强度条件才能产生衍射。简单立方中没有能产生消光的晶面,但是对于不同的晶面,随着面间距的减小,平面上单位面积的衍射中心数减少,衍射波强度减弱。三、实验步骤(要求与提示:限400字以内),半透射玻璃板通过支架座放置在刻度盘正中,并与两喇叭轴线成45°角。将读数测微机构通过螺丝固定在底座上,插上反射板M2和M1.(1)打开固态信号发生器,将面板按键置于“电压”和“等幅”位置,电压表指针指向10V左右(满偏15V),按下“电流”指示,指针应为0,表明固态信号发生器正常。再将固态源连线插入固态信号发生器“输出插孔”,此时微波从发射喇叭发出。(2)转动测微机构手柄,使可移动反射板M2移动,观察接收部分微安表示数变化,如果超过100μA,则可调节接收喇叭后边的可变衰减器。(3)调节M2,使其从测微机构一端移向另一端,从某一波强极小值开始,使微安表指针出现N次极小值,利用测微机构读出M2移动的总距离L,即可计算出微波波长。(1)取下M1、M2、测微机构和半透射玻璃板,将接收喇叭调到180°位置。(2)调整单缝的缝宽为a=,安装单缝板到支座上,使单缝板和发射喇叭保持垂直