文档介绍：北航基础物理研究性试验汇报
专题：微波试验和布拉格衍射
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摘要
本试验应用一束波长约为3cm微波，观察微波照射到人工制作晶体模型时衍射现象，用来模拟发生在真实晶体上布拉格衍射，并验证布拉格公式。并经过微波单缝衍射和迈克尔逊干涉试验，加深对波动理论了解。本文对微波试验和布拉格衍射原理、步骤、仪器进行了简明介绍，在此基础上对试验数据进行处理并进行了初步误差分析，在最终提出和验证了对于试验仪器方面几点改善方案。
关键词
布拉格衍射 微波 单缝衍射 迈克尔逊干涉
试验目标
了解微波特点，学****微波器件使用；
掌握布拉格衍射原理并利用微博在模拟晶体上衍射验证布拉格公式，测定微波波长；
经过微波单缝衍射和迈克尔逊干涉试验，加深对波动理论了解。
试验原理
相关微波
微波波长范围为1mm-1cm，其波段介于超短波和红外线之间。微波还能够深入细分为“分米波”、“厘米波”、和“毫米波”等。。
从本质上来说，微波和一般电磁波没有什么不一样，但其波长频率能量含有特殊量值，使得微波含有既不一样于一般电磁波又不一样于光波特点：
<1>波长短。其含有直线传输和良好反射特征，所以在通讯、雷达、导航等方面得到广泛应用。
<2>频率高。其电磁振荡周期和电子在电子管内部电极间渡越时间相近，所以一般电子管已经不能用作微波振荡器、放大器和检波器，而必需改用微波元件。
<3>穿透性，微波能够穿透地球周围电离层而不被反射，不一样于短波反射特征，所以其广泛用于宇宙通讯、卫星通信等方面。
<4>量子特征，在微波波段，单个量子能量约为10-6~10-3eV，刚好处于原子或分子发射或吸收波长范围内。大家能够借助这个特点去研究原子和分子结构。
晶体结构
晶体中原子按一定规律形成高度规则空间排列，称为晶格。最简单晶格是所谓简单立方晶格，它由沿3个垂直方向x、y、z等距排列格点所组成。间距a称为晶格常数（图一所表示）。晶格在几何上这种对称性也能够用晶面来描述。把格点看成是排列在一层层平行平面上，这些平面称为晶面，用晶面指数（indices of crystal face）来标志。确定晶面指数具体措施以下：先找出晶面在3个晶格坐标轴上截距，并处以晶格常数，再找出它们倒数最小整数比，就组成了该晶面晶面指数。一个格点能够沿不一样方向组成晶面，以下图给出了3中最常见晶面：（100）面、（110）面、（111）面。晶面取法不一样，则晶面间距不一样。相邻两个（100）面间距等于晶格常数a，相邻两个（110）面间距为，相邻两个（111）面间距为。对立方晶系而言，晶面指数为（）晶面族，其相邻两个晶面间距为。
图一
布拉格衍射
在电磁波照射下，晶体中每个格点上原子或离子，其内部电子在外来电场作用下作受迫振动，成为一个新波源，向各个方向发射电磁波，这些由新波源发射电磁波是相互相干，将在空间发生干涉。这同多缝光栅衍射很相同，晶格格点和狭缝相当，全部是衍射单元，而和光栅常数d相当则是晶体晶格常数a。它们全部反应了衍射层空间周期，二者区分关键在于多缝光栅是一维，而晶体点阵是三维，所以晶体对电磁波衍射是三维衍射。处理三维衍射措施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干涉（称为点间干涉）；第二步是处理不一样晶面之间干涉（称为面间干涉）。
对一维光栅衍射极大位置由光栅方程给出：。在三维晶格衍射中，先找到晶面上点间干涉0级主极大位置，在讨论不一样晶面0级衍射线发生干涉极大条件。
<1>点间干涉
电磁波入射到图二所表示晶面上，考虑由多个格点发出子波间相干叠加。这个二维点阵衍射0级主极强方向，应该符合沿此方向全部衍射线之间无程差。可见，入射线和衍射线所在平面和晶面垂直且衍射角等于入射角是无程差条件。
<2>面间干涉
图三所表示，从间距为d相邻两个晶面反射两束波程差，为入射波和晶面掠射角。只有满足
才能形成干涉极大。上式称为晶体衍射布拉格条件。如按入射角表示，则为
图二 点间干涉 图三 面间干涉
布拉格定律完整表述是：波长为平面波入射到间距为d晶面族上，掠射角为，当满足条件成衍射极大，衍射线在所考虑晶面反射线方向。对一定晶面而言，假如布拉格条件得到满足，就会在该晶面族特定方向产生一个衍射极大。只要从试验上测得衍