---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------微波光学实验报告微波光学实验报告一、实验目的与实验仪器 1.实验目的（1）学习一种测量微波波长的方法。

（2）观察微波的衍射现象并进行定量测量。

（3）测量微波的布拉格衍射强度分布。

2.实验仪器微波分光仪、分束玻璃板、固定和移动反射板、单缝板、双缝板、模拟晶体等。

二、实验原理（要求与提示：限 400 字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式）微波是一种波长处于 1mm~1m 之间的电磁波，范围为3×102~3×105MHz 之间。

微波也具有衍射、干涉等性质。

1.用微波分光仪（迈克尔逊干涉仪）测微波波长用迈克尔逊干涉仪测波长光路图如上。

设微波波长为λ，若经 M1 和 M2 反射的两束波波程差为Δ，则当满足Δ = kλ（k = ±1，±2，…）时，两束波干涉加强，得到各级极大值；当满足Δ =（k + ）λ（k = 0，±1，±2，…）时，两束波干涉减弱，得到各级极小值。

1/ 13将反射板 M2 沿着微波传播的方向移动 d，则波程差改变了 2d. 若从某一极小值开始移动可动反射板 M2，使接收喇叭收经过 N 个极小值信号，即电流示数出现 N 个极小值，读出 M2 移动的总距离 L，则有：2L = N·λ从而λ=由此可见，只要测定金属板位置的该变量L 和出现接收到信号幅度最小值的次数 N，可以求出微波波长。

2.微波的单缝衍射实验当微波入射到宽度和其波长差不多的一个狭缝时，会发生衍射现象。

在狭缝后面的衍射屏上出现衍射波强度不均匀，中央最强且最宽，从中央向两边微波衍射强度迅速减小。

当θ = 0 时，衍射波强度最大，为中央零级极大；其他次级强所在位置为：asinθ = ±（k + ）λ（k = 1，2，…）暗条纹位置为：asinθ = kλ （k = ±1，±2，…）式中 a 为单缝的宽度。

因此可以画出单缝衍射的强度分布曲线如上图。

3.微波的双缝干射实验当微波入射到一块开有两个缝的铝板时，会发生衍射现象，两缝面内波是同相位的。

由惠更斯原理，来自两缝波面向同一方向传播的子波叠加决定该方向的强度。

强度极小所在位置（干涉相消）：dsinθ = （k + ）λ （k = 0，±1，±2，…）强度极大所在位置（干涉相长）：asinθ = kλ （k =0，±1，±2，…） 4.微波的布拉格衍射晶体中的原子按一定规律形成高度规则的空间排列，称为晶格。

最简单的晶格为立方晶格，具有三维的空间点阵结构，它如同一---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 个三维光栅。

晶体点阵中原子排列成许多具有不同取向的晶面，每个取向都由许多互相平行的晶面构成晶面族。

由于晶体面间距与 X 射线3/ 13波长相当，因此晶体能对 X 射线产生衍射。

密勒指数的确定方法为：该晶面在坐标轴的截距分别为 x，y，z，取其倒数，，的简单整数倍即为密勒指数（hkl）. 布拉格认为，当散射方向满足“光学镜面反射”条件，即散射线、入射线、晶面法线共面，且在法线两侧，反射角等于入射角，各原子的散射波将具有相同的相位，因而干涉加强。

以（100）晶面族研究微波的衍射。

如图，当波束衍射到（100）晶面族上时，每个晶面将反射一部分，相邻两晶面波程差为：PQ + QR = 2dsinθ 式中，θ 为掠射角（布拉格角），2θ 为衍射角，d 为晶面间距，简单立方中，晶面间距d=当满足布拉格公式：2dsinθ = nλ（n = 0,1,2…）时，两波相干加强。

对应于 n = 0,1,2，…，分别得到中央极大和一组次级大。

由布拉格公式可知，≤ d 是能产生衍射的条件。

布拉格公式是能产生衍射衍射的方向条件。

满足方向条件，还要满足强度条件才能产生衍射。

简单立方中没有能产生消光的晶面，但是对于不同的晶面，随着面间距的减小，平面上单位面积的衍射中心数减少，衍射波强度减弱。

三、实验步骤（要求与提示：限 400 字以内） 1.测量微波波长使发射喇叭与接收喇叭轴线互相垂直，半透射玻璃板通过支架座放置在刻度盘正中，并与两喇叭轴线成 45°角。

将读数测微机构通过螺丝固定在底座上，插上反射板 M2 和 M1.---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ （1）打开固态信号发生器，将面板按键置于“电压”和“等幅”位置，电压表指针指向 10V 左右（满偏 15V），按下“电流”指示，指针应为 0，表明固态信号发生器正常。

再将固态源连线插入固态信号发生器“输出插孔”，此时微波从发射喇叭发出。

（2）转动测微机构手柄，使可移动反射板 M2 移动，观察接收部分微安表示数变化，如果超过100μ A，则可调节接收喇叭后边的可变衰减器。

（3）调节 M2，使其从测微机构一端移向另一端，从某一波强极小值开始，使微安表指针出现 N 次极小值，利用测微机构读出 M2 移动的总距离 L，即可计算出微波波长。

2.单缝衍射实验（1）取下 M1、M2、测微机构和半透射玻璃板，将接收喇叭调到180°位置。

（2）调整单缝的缝宽为 a = 6.0cm，安装单缝板到支座上，使单缝板和发射喇叭保持垂直。

（3）从180°到120°转动接收喇叭，在始终不超过量程的前提下，每移动1°记录微安表5/ 13示数。

（4）从180°到240°转动接收喇叭，每移动1°记录微安表示数。

3.双缝干射实验双缝的 d = 11.0cm，缝宽为 a =4.0cm，测量过程同单缝衍射实验。

4.布拉格衍射实验（1）调整模拟晶体为晶格常数为 4.0cm 的简单立方。

（2）将载物平台固定在小转台上，模拟晶体放在载物平台上，使模拟晶体所研究面的法线方向与载物平台上某一刻线方向一致，并将此刻线调整为90°方向。

（3）测（100）面衍射强度分布。

转动载物平台，使布拉格角至一级衍射极大位置（约23°），使微安表不超过量程。

然后布拉格角从15°到60°转动载物平台，载物平台每转动1°，对应的接收喇叭转动2°以保证入射角等于反射角，记录微安表读数。

（4）按照以上步骤，测量晶体（110）面反射情况。

布拉格角从25°至45°.四、数据处理（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）1.计算微波波长微波测波长实验（N=3）次数123位置左侧/mmx0x1x0x1x0x14.695 53.987 4.825 53.800 4.985 54.130右侧/mm 4.985 54.672 5.435 55.303 5.585 55.505平均/mm 4.840 54.330 5.130 54.552 5.285---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 54.818L=(x1-x0)/mm49.49049.42249.5334x0x14.621 53.9155.246 54.8704.934 54.39349.4595x0x14.750 53.9286.095 55.9095.423 54.91949.496—L== 49.480mm由测量数据，微波波长为：λ= == 3.2986cm7/ 132.单缝衍射曲线1）衍射极强：k-10实际极大值角-45°0°理论极大值角-56°0°相对误差%%2）衍射极弱k-10实际极小值角理论极小值角相对误差-32° -33 %3.双缝干射曲线 1 47° 56°%1 34° 35°%1）干涉相长k-2-1012实际极大值角-38°-19°0°19°38°理论极大值角-37°-17°0°17°37°相对误差2.7%11.8%0%11.8%2.7%---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 2）干涉相消k-2-1012实际极小值角-26°-11°10°28°理论极小值角-27°-9°9°27°相对误差3.7%22.2%11.1%3.7%4.布拉格衍射 1）（100）晶面的布拉格衍射n 实际布拉格角理论布拉格角相对误差2）（110）晶面的布拉格衍射 1 22° 24° 8.3%(100)晶面的间距d100=4.0cm 256° 56° 0%(110)晶面的间距 d110=(4.0/ )cm9/ 13n 实际布拉格角理论布拉格角相对误差1 36° 36° 0%五、分析讨论（提示：分析讨论不少于 400 字） 1.在单缝衍射实验中，我们绘制出 I-θ 曲线，发现主极大缺失。

通过查阅相关文献，我发现衍射曲线是单缝和发射源前的矩形喇叭口 2 次衍射叠加的结果，且与数值模拟计算结果吻合相当好。

图 1 缝宽 8 cm 的菲涅耳衍射理论曲线图 2 喇叭口菲涅耳衍射理论曲线图 3 缝宽 8 cm 的衍射曲线通过查阅文献，图 1 是缝宽为 8cm 时，利用实验数据和菲涅尔函数通过计算机模拟的理论衍射曲线，图 2 是将喇叭口作为单缝的衍射曲线，图 3 则是真实测量的衍射曲线。

.通过对比实验衍射曲线和理论衍射曲线发现，其实验衍射曲线的形状、极值的位置是理论曲线和喇叭口菲涅耳衍射理论曲线叠加而成，对应位置的极值叠加后恰好与实验曲线绝大部分吻合。