文档介绍：微波的布拉格衍射
理学院物理实验中心
张淼
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实验及应用背景介绍
实验目的和教学要求
实验原理
实验仪器和装置
实验内容及数据处理要求
注意事项
课堂思考
选做实验和有待深入研究的课题
参考文献
实验后思考题
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实验及应用背景介绍
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。
本实验用一束波长≈3cm的微波代替X射线,观察它照射到人工制作的晶体模型时的衍射现象,用来模拟X光在真实晶体上的布拉格衍射,并验证布拉格公式。
微波是一种特定波段的电磁波,有自己的特点。
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实验目的和教学要求
1. 了解微波特点,学****微波器件的使用。
2. 了解布拉格衍射原理,用模拟晶体使微
波发生布拉格衍射,验证布拉格公式,
认识微波的光学性质,学****X射线晶体 结构分析的基础知识,并测定微波波 长。
3. 通过微波的单缝衍射和迈克尔逊干涉实 验,加深理解。
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实验原理
晶体结构:
几个概念---晶体;晶格常数a;晶面以及相邻晶面的间距为d。
为了区分晶体中无限多族的平行晶面的方位,可用晶面指数(密勒指数)来描述,人们采用密勒指数标记法。晶面指数用
表示。利用密勒指数可以很方便地求得一族平行晶面间的间距
其中最重要也是最常用的有三种,分别称为(100)面,(110)面,(111)面。
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图6-26 晶体的晶格结构图6-27 晶面
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布拉格衍射(布拉格公式的解释):
研究衍射问题最关心的问题是衍射强度分布的极值位置。晶体对电磁波的衍射是三维的衍射,分为点间干涉和面间干涉。
先找到晶面的点间干涉的0极主极大位置,这个二维点阵衍射的0极主极强方向应符合沿此方向所有衍射线间无光程差,也就是入射角等于衍(反)射角。
图6-28 晶格的点间干涉
图6-28 晶格的点间干涉
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面间干涉
晶体衍射的布拉格条件2dsin =kλ k=1,2,3…
如果按****惯使用的入射角表示,布拉格条写为 2dcos =kλ k=1,2,3…
只要测得衍射极大的方向角(或) ,并且知
波长λ,就可以从布拉格条件求出晶面间距d,
而确定晶格常数a。
图6-29 面间干涉
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实验仪器和装置
微波分光仪、
模拟晶体 a=4cm的立方点阵、单缝、反射板两块、分束板等。
图6-32 微波分光仪装置图
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实验内容及数据处理要求
=1,2的(100)和(110)晶面验证布拉格衍射公式(要先计算理论值)。
2 .已知晶格常数a = ,利用k =1的(110)晶面测定波长;已知波长,利用k=1的(100)晶面测定晶格常数。
,要求用坐标纸画出衍射分
布曲线,利用左、右两侧的第一个衍射极小位置
和的平均值和公式λ=asin ,求出微波的波长,与根据公式λ= c/ f 算出的数值比较。
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