文档介绍：βθd微波实验和布拉格衍射第一作者:齐士杰(39051210)第二作者:邓植文(39051228)摘要:微波是一种特定波段的电磁波,其波长范围大约为1mm~1m。与普通电磁波一样,微波也存在反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象,但微波的波长比普通的电磁波短得多,因此其发生辐射、传播和接收的器件有自己的特殊性。同时,微波的波长又比X射线和光波长得多,用微波仿真“晶格”衍射,发生明显衍射效应的“晶格”可放大到宏观尺度。关键字:微波,晶格,衍射一引言本实验用一束波长3cm的微波代替X射线,观察微波照射到人工制作的晶体模型时的衍射现象,模拟发生在真实晶体上的布拉格衍射,验证著名的布拉格公式。通过实验,人们对晶格衍射有直观的物理图像,了解三维衍射的特点和研究方法,学****有关微波器件和微波技术的知识,同时通过微波单缝衍射和迈克尔逊干涉实验,加深对场和波动概念的认识。,称为晶格。最简单的晶格可以是所谓的简单立方晶格,它由沿三个方向x,y,z等距排列的格点所组成。间距a称为晶格常数。晶格在几何上的这种对称性也可用晶面来描述。一个格点可以沿不同方向组成晶面,晶面取向不同,则晶面间距不同。,处理三维衍射的办法是将其分解成两步走:第一步是处理一个晶面中多个格点之间的干涉(称为点间干涉);第二步是处理不同晶面间的干涉(称为面间干涉)。研究衍射问题最关心的是衍射强度分布的极值位置。在三维的晶格衍射中,这个任务是这样分解的:先找到晶面上点间干涉的0级主极大位置,再讨论各不同晶面的0级衍射线发生干涉极大的条件。(1)点间干涉电磁波入射到图示晶面上,考虑由多个晶格点A1,A2…;B1,B2…发出的子波间相干叠加,这个二维点阵衍射的0级主极强方向,应该符合沿此方向所有的衍射线间无程差。无程差的条件应该是:入射线与衍射线所在的平面与晶面A1A2…B1B2…垂直,且衍射角等于入射角;换言之,二维点阵的0级主极强方向是以晶面为镜面的θA1A2A3A4B1B2B3B4反射线方向。(2)面间干涉如图示,从间距为d的相邻两个晶面反射的两束波的程差为2dsinθ,θ为入射波与晶面的折射角,显然,只有满足下列条件的θ,即2dsinθ=kλ,k=1,2,3…才能形成干涉极大,上式称为晶体衍射的布拉格条件。(3)单缝衍射与声波一样,微波的夫琅禾费衍射的强度分布式,可由下式计算:,其中,a是狭缝宽度,是微波波长。如果求出±1级的强度为0处所对应的角度θ,则λ可按下式求出,即λ=2sinθ。(4)微波迈克尔逊干涉实验微波的迈克尔逊干涉实验原理图如图示。在微波前进方向上放置一个与传播方向成45度角的半透射半反射的分束板和A、B两块反射板,分束板将入射波分成两列,分别沿A、B方向传播。由于A、B板的反射作用,两列波又经分束板会合并发生干涉。接收喇叭可给出干涉信号的强度指示。如果A板固定,B板可前后移动,当B移动过程中喇叭接收信号从一次极小变到另一次极小时,B移动过的距离为1/2,因此,测量B移动过的距离就可求出微波的波长。三实验仪器本实验的实验装置由微波分光仪,模拟晶体,单缝,反射板(两块),分束板等组成。,应该用间距均匀的梳形叉从上到下逐层检查晶格位置上的模拟铝球,使球进入