文档介绍：aβθd 微波实验和布拉格衍射一、实验摘要微波是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。但因为其波长、频率和能量具有特殊的量值,微波表现出一系列即不同于普通无线电波,又不同于光波的特点。微波的波长比普通的电磁波要短得多,加此,其发生、辐射、传播与接收器件都有自己的特殊性。它的波长又比 X 射线和光波长得多,如果用微波来仿真“晶格”衍射,发生明显衍射效应的“晶格”可以放大到宏观的尺度。二、实验原理 1. 了解微波的特点,学****微波器件的使用 2. 了解布拉格衍射的原理,利用微波在模拟晶体上的衍射验证布拉格公式并测定微波波长 3. 通过微波的单缝衍射和迈克尔逊干涉实验,加深对波动理论的解释三、实验原理 1. 晶体结构晶体中原子按一定规律形成高度规则的空间排列,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。 2. 布拉格衍射晶体对电磁波的衍射是三维的衍射, 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 A 1,A 2…;B 1,B 2…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 A 1A 2…B 1B 2…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 2dsin θ,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 2dsin θ=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。θ A 1A 2A 3A 4B 1B 2B 3B 4 (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= 2sin θ。(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。四、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。五、