文档介绍：北航物理实验研究性报告
专项:微波实验和布拉格衍射研究
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摘要：，观测微波照射到人工制作晶体模型时衍射现象，用来模仿发生在晶体上布拉格衍射，并验证知名布拉格公式。通过微波单缝衍射和迈克尔逊干涉实验，加深对波动理论理解。
核心词：微波波长 迈克尔逊干涉 布拉格衍射 单缝衍射 加权平均数 一元线性回归
实验目：
理解微波特点，学****微波器件使用；
理解布拉格衍射原理，运用微波在模仿晶体上衍射验证布拉格公式并测定微波波长；
通过微波单缝衍射和迈克尔逊干涉实验，加深对波动理论理解。
实验原理：
1、晶体构造
晶体中原子按一定规律形成高度规则空间排列，称为晶格。最简朴晶格是所谓简朴立方晶格，它由沿3个垂直方向x、y、z等距排列格点所构成。间距a称为晶格常数（如图所示）晶格在几何上这种对称性也可以用晶面来描述。把格点当作是排列在一层层平行平面上，这些平面称为晶面，用晶面指数来标志。拟定晶面指数详细办法如下：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，就构成了该晶面晶面指数。一种格点可以沿不同方向构成晶面，如下图给出了3中最惯用晶面：（100）面、（110）面、（111）面。晶面取法不同，则晶面间距不同。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（n1n2n3）晶面族，其相邻两个晶面间距为d= 。
晶体晶格构造 晶面
2、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，成为一种新波源，向各个方向发射电磁波，这些由新波源发射电磁波是彼此相干，将在空间发生干涉。这同多缝光栅衍射很相似，晶格格点与狭缝相称，都是衍射单元，而与光栅常数d相称则是晶体晶格常数a。它们都反映了衍射层空间周期，两者区别重要在于多缝光栅是一维，而晶体点阵是三维，因此晶体对电磁波衍射是三维衍射。解决三维衍射办法是将其分解成两步走：第一步是解决一种晶面中各种格点之间干涉（称为点间干涉）；第二步是解决不同晶面之间干涉（称为面间干涉）。
研究衍射问题最关怀是衍射强度分布极值位置。对一维光栅衍射，极大位置由光栅方程给出：dsin=k。在三维晶格衍射中，这个任务是这样分解：先找到晶面上点间干涉0级主极大位置，再讨论各不同晶面0级衍射线发生
干涉极大条件。微波入射到该模仿晶体构造三维空间点阵时，由于每一种晶面相称于一种镜面，入射微波遵守反射定律，反射角等于入射角，如下图所示。而从间距为d相邻两个晶面反射两束波程差为，其中 为入射波与晶面夹角。显然，只是当满足
2dsin=k （k=1、2、3……）      
时，浮现干涉极大。上述方程称为晶体衍射布拉格公式。
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2dsin=k形成衍射极大，衍射线在所考虑晶面反射线方向。对一定晶面而言，如果布拉格条件
得到满足，就会在该晶面族特定方向产生一种衍射极大。只要从实验上测得衍射极大方向角，并且懂得波长，就可以从布拉格条件求出晶面间距d，进而拟定晶格常数a；反之，若已知晶格常数a，则可以求出波长。
3、单缝衍射
和声波、光波同样，微波夫琅和费单缝衍射强度分布，如图所示，可有下式计算，即，式中，，a是狭缝宽度，微波波长。
4、微波迈克尔逊干涉实验
微波迈克尔逊干涉实验原理如图，在微波迈进方向上放置一种与传播方向成450角半透射、半反射分束板和A、B两块反射板。分束板将入射波提成两列，分别沿A、B方向传播。由于A、B反射作用，两列波又经分
束板会合并发生干涉。接受喇叭可给出干涉信号强度批示。如果A板固定，B板可先后移动，当B移动过程中喇叭接受信号从一次极小变到另一次极小时，B移动过距离为/2，因而测量B移动过距离也可求出微波波长。
实验仪器：
本实验实验装置由微波分光仪、模仿晶体、单缝、反射板（两块）、分束板等构成。
实验内容：
①依照迈克尔逊干涉原理测量微波波长：
1. 调微波分光计，使两个喇叭同轴等高，且通过度光计中心，各转至0°与180°。
2. 把固体震荡器接上直流电源，打开电源开关之前为了防止其始电压过大，击穿微波管，应先使电源输出电压旋至最小。打开电源开关后，将电压调至9~10伏。
3．晶体管检波器与微波传播波导管匹配皆需调节。可用加大衰减办法，先调节检波器短路活塞位置，使批