文档介绍：基于微波光学和布拉格衍射测量衍射角
摘 要:准确地了解微波分光仪的组成并运用它进行实验,认识电磁波的波动性,测量单缝衍射、双缝衍射及布拉格衍射实验的规律是进行实验与理论的基本要求。衍射在所有人生涯中随处可见,具备普遍的钻研意义基于微波光学和布拉格衍射测量衍射角
摘 要:准确地了解微波分光仪的组成并运用它进行实验,认识电磁波的波动性,测量单缝衍射、双缝衍射及布拉格衍射实验的规律是进行实验与理论的基本要求。衍射在所有人生涯中随处可见,具备普遍的钻研意义。
关键词:布拉格衍射;单缝衍射;双缝衍射
一、衍射原理
微 波分 光 仪的发 射出平 面波,平面波入射到缝宽为 a 的单缝上就会发生衍射,在某方向上可以由吸收天线吸收到强度异同的微波,在各衍射方向上的微波可以看做是这个标向上小范围内的平面波,吸收天线将其会聚到同一路。因此可以认为这种衍射是夫琅和费衍射。[1]
单缝夫琅和费衍射的光强分布为:
当衍射角=0时,衍射波的强度最大,称为中心极强,它是一个存在宽度的。在中心极强两侧,衍射波的强度迅速减小,直至出现衍射波强度的极小值,即一级极小。[1]
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一平 面 波垂 直入 射到一金 属 板的两 狭 缝 上,则每一条狭缝即是次级波波源。两缝发出的次波,它们属于相干波,由金属板投射,在后面空间中将产生干涉现象。令雙缝的缝宽a接近 ,则可以证明双缝衍射光强为:
上式中u=,
任何的真实晶体,都具备天然外型和各向异性,这和晶体的离子、原子、分子有关,因为与它们在空间排布规律有关。
设微波束以掠射角(波线和晶面的交角) 入射到 100 晶面系列,在同一层晶面上各格点衍射的波必然在以掠射角 反射的方向相互加强;而各层晶面格点衍射的波彼此增强;而不同层晶面格点衍射的波相相互迭加,是否相互加强,就要看角 是否满足布拉格衍射条件。[2]
相邻两层晶面衍射的波其波程差为 ,故: ,k=1,2,3 ,各层晶面格点衍射的波都彼此增强,这便是布拉格条件。
实验中,为了测量方便,用入射角 代替掠射角,布拉格条件相应变为: ,衍射线在所考虑的晶面的反射方向。在一般的布拉格衍射实验中采用入射线与晶面的夹角(即通称的掠射角),是为了在实验时方便,因为当被研究晶面的法线与分光仪上的度盘的 刻度一致时,入射线与反射线的方向在度盘上有相同的示数,不容易搞错,操作方便。[2]
平 面电 磁 波是横 波,它的 电 场 强 度为矢 量 E,它的 特 点是垂 直于和波 的传 播标 向,若是E在垂直于传播标向,并且在平面内沿着一条固定的直线转变,这种形式的的横电波叫线极化波。在光学中也叫线偏振波,电磁场沿某一标向与能量 有关系,这便是是光学中的马吕斯定律: ,式中I为偏振光的强度, 是 和 间的夹角。仪 器安 装时,两 喇 叭面相 互平 行,并与地 面垂 直,其轴线在一条直线上,因为目标观察喇 叭是和一段滚转短 波导连在一起的;在旋转短波导的轴承环的 范围内,每隔 有一刻度,所以接收喇叭的转角可以从此处读到,因此转动接收喇叭,就可以得到转角与微安表头指示的一组数据,并可以与马吕斯定律进行比较。[1