文档介绍：微波的布拉格衍射实验
微波一般是指分米波、厘米波、毫米波的电磁波,波长短、频率高,一般在300-300,000兆赫。微波和光波都是电磁波,都具有波动性,在反射,折射、衍射、干射、偏振以及能量传递等方面均显示出波动的通性,因此用微波和用光波作波动实验所说明的波动现象及其规律是一致的,我们就是利用这一通性,模拟光学实验的基本方法,作微波布拉格衍射实验。
1913年,英国物理学家布拉格父子在研究x射线在晶面上的反射时,得到了著名的布拉格公式,从而奠定了x射线结构分析的基础;。
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通过观测模拟晶体对微波产生的布拉格衍射现象,了解微波的干涉、衍射等基本波动特性,熟悉布拉格公式,掌握模拟实验方法的基本思想及注意事项。
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微波的迈克耳孙干涉实验原理
微波是电磁波谱中的一个波段,与光波一样会产生干涉、衍射等现象。利用微波的迈克尔逊干涉现象可以精确地测定微波的波长。
-1微波迈克尔孙干涉仪
微波迈克尔逊干涉原理与光波迈克尔逊干涉原理相似,-1所示。发射角锥天线发出的微波,被放置450的分光板MM( 半透射玻璃板)分成两束。一束由MM反射到固定反射板A,另一束透过MM到达可移动反射板B。由于A、B为全反射金属板,两列波被反射再次回到半透射板。A束透射、B束反射,在接收角锥相遇。两束频率相同、振动方向一致的微波在接收角锥处相干叠加。如果这二束波的位相差为2π的整数倍,则干涉加强;当位相差为π的奇数倍时,则干涉减弱。假设入射的微波波长为λ,经A和B反射后到达接收角锥的波程差为δ,当满足公式:
(-1)
时将在接收角锥后面的指示器有极大示数。
当满足公式:
(-2)
时,指示器显示极小示数。
当A不动,将活动板B移动L距离,则波程差改变。假设从某一级极大开始记数,测出n个极大值,则由得到
(-3)
即可测出微波的波长。
微波的布拉格衍射实验原理
-2 晶体点阵与晶面图
x射线投射到晶体时,除了要引起晶体表面平面点阵的散射外,还要引起晶体内部平面点阵的散射,全部散射线相互干涉后产生衍射条纹,-2,小圆点表示晶体点阵上的格点(原子或离子),当射线投射到晶体上时,按照惠更斯原理,所有点阵上格点成为次级子波的波源,问各方向发射散射波。
对于同一层散射线,在满足散射线与晶面之间夹角等于掠射角的方向上的散射线,它们之间光程差为零,因此相干结果在这方向光强最大;对于不同层散射线,只有在它们之间光程差为波长的整数倍的方向上的散射。它们相互加强形成亮纹。
设相邻散射平面点阵的间距d,则从两相邻平面点阵散射出来的x射线之间的光程差为,所以相互干涉加强的条件为:
K=1、2……(-4)
式中为x射线的波长,为掠射角(掠射线与晶面之间的夹角)。式(-4)称为布拉格公式——它是本次微波布拉格衍射模拟实验的基本公式。应该指出,根据布拉格公式可知,只有波长
时,才能获得衍射条纹。
晶体里点阵上的格点(原子或离子)按一定的对称规律周期的重复排列在空间三个方向上,因此晶体里作为散射的平面点阵可以取不同方向并且等距离的平行晶面族,这时布拉格