微波实验 石河子大学物理系近代物理实验课程组 2014-2015第一学期
微波实验 石河子大学物理系近代物理实验课程组 2014-2015第一学期
提纲 ■一、背景介绍 二、 实验目的 ■ 三、 实验原理 四、实验仪器 五、实验内容与步骤 ◆ 六、注意事项 ■七、思考题
◼ 一、背景介绍 ◼ 二、实验目的 ◼ 三、实验原理 ◼ 四、实验仪器 ◼ 五、实验内容与步骤 ◼ 六、注意事项 ◼ 七、思考题 提纲
、背景介绍一一概念 >微波的定义 微波是指波长在1mm~1m范围内，相 应频率在300300000MHz之间的电磁波。 电滋 >微波的特点 ①波长短②频率高，周期短③量子特性④某 些波段的微波能畅通无阻地穿过电离层。 >微波的产生 EE 电药王 可用反射式速调管。实验中还用一种产生 图14一5体效应管澈发徽放振荡原理 微波振荡的半导体器件，即体效应二极管。 在该管两端加电压，当管内电场略大于阈 值时，会出现电流的不均匀涨落而形成微波振 荡
一、背景介绍 －－概念 ➢微波的定义 微波是指波长在1mm~1m范围内，相 应频率在300~300000MHz之间的电磁波。 ➢微波的特点 波长短频率高，周期短量子特性某 些波段的微波能畅通无阻地穿过电离层。 ➢微波的产生 可用反射式速调管。实验中还用一种产生 微波振荡的半导体器件，即体效应二极管。 在该管两端加电压，当管内电场略大于阈 值时，会出现电流的不均匀涨落而形成微波振 荡
>微波的传输 微波的传输线有同轴传输线，微带线和金属 波导管等。用得最多的是矩形波导管。 >谐振腔 谐振腔是一个封闭的金属导体空腔，通过其与 波导的公共壁上的小孔实现与波导的耦合。它可有效地 防止电磁波辐射，使电磁场局限在空腔内部。 田14一2矩形被导管 >微波的接受 微波接受装置如图。接受喇叭收到信号后先经衰减器再经检波二极 管后接到微安表上。 ·毯频腔 体效应篮 发射肌 接直速电莎 谐城腔 图14一6徽波发生器
➢微波的传输 微波的传输线有同轴传输线，微带线和金属 波导管等。用得最多的是矩形波导管。 ➢谐振腔 谐振腔是一个封闭的金属导体空腔，通过其与 波导的公共壁上的小孔实现与波导的耦合。它可有效地 防止电磁波辐射，使电磁场局限在空腔内部。 ➢微波的接受 微波接受装置如图。接受喇叭收到信号后先经衰减器再经检波二极 管后接到微安表上
二、实验目的 用迈克尔逊干涉法测定微波波长； 加深对微波具有类似光线直线传播性质 的理解； >用模拟晶格观察微波的布拉格衍射； 学习X射线分析晶体结构的基本知识：
二、实验目的 ➢ 用迈克尔逊干涉法测定微波波长； ➢ 加深对微波具有类似光线直线传播性质 的理解； ➢ 用模拟晶格观察微波的布拉格衍射； ➢ 学习X射线分析晶体结构的基本知识
三、实验原理 1.测微波波长： 微波麦克尔逊干涉仪的原理与光学麦克尔逊干涉仪的原理基本相同。 图中A为固定金属板，B为可移动金属板A 与B互相垂直，分光玻璃MM?与A和B均 成45度角。两束微波在接受喇叭处相遇， 波程差 △=k(k=0,+1,+2,) 微改湖 时，显示电流极大；当波程差 指示器 △=(2k+1)(k=0,±1，±2，) 图14一8迈克尔进干涉仪 时，显示电流极小。沿微波传输方向移 △=2ln-1)=(n-1)2 动B,第一次电流极大时记录金属板B 的位置，继续移动B,观察到第个极大 2(1n-1) 值时记录位置，光程差 n-1
三、实验原理 B J J J g P P = − = B J J J g P P = − = = k(k = 0,1,2,.) = (2k +1)(k = 0,1,2,.) 1.测微波波长： 微波麦克尔逊干涉仪的原理与光学麦克尔逊干涉仪的原理基本相同。 图中A为固定金属板，B为可移动金属板A 与B互相垂直，分光玻璃MM’与A和B均 成45度角。两束微波在接受喇叭处相遇， 波程差 时，显示电流极大；当波程差 时，显示电流极小。沿微波传输方向移 动B，第一次电流极大时记录金属板B 的位置，继续移动B，观察到第n个极大 值时记录位置，光程差 1 2( ) 2( ) ( 1) 1 1 − − = = − = − n l l l l n n n
2.布喇格衍射 ①固态物质可以分为晶体和非晶体两种。原子或离子，分子在三维空间内 按一定周期有规则地排列的晶体的骨架称为晶格。晶格可作为X射线的衍 射光栅，最简单的晶格式立方体结构，边长a为晶格常数。 ②晶格的结点可看成分布在互相平行，距离相等的平面平面族上。每一组 这样的平面族称为一组晶面。以晶面与xy2三坐标轴截距的倒数比乘以其 分母的最小公倍数得密勒指数d,晶面间距 a dh Vh2+k2+12 波长为的单色X射线以掠射角0入射，按 掠射角的反射角方向进行观察，C与D的光 程差δ=2dsin0,当8=n时产生干涉极大值， 这就是布喇格定律 ③本实验采用模拟晶格和微波来观察和研 究布喇格衍射。 图14一13布喇格反射
2.布喇格衍射 ①固态物质可以分为晶体和非晶体两种。原子或离子，分子在三维空间内 按一定周期有规则地排列的晶体的骨架称为晶格。晶格可作为X射线的衍 射光栅，最简单的晶格式立方体结构，边长a为晶格常数。 ②晶格的结点可看成分布在互相平行，距离相等的平面平面族上。每一组 这样的平面族称为一组晶面。以晶面与xyz三坐标轴截距的倒数比乘以其 分母的最小公倍数得密勒指数hkl，晶面间距 5 , 2 , , 100 110 120 2 2 2 a d a d a d h k l a dhkl = = = + + = 波长为λ的单色X射线以掠射角θ入射，按 掠射角的反射角方向进行观察，C与D的光 程差δ=2dsinθ，当δ＝nλ时产生干涉极大值， 这就是布喇格定律 ③本实验采用模拟晶格和微波来观察和研 究布喇格衍射
四、实验仪器 DH1121型三厘米固态信号发生器，DH926型微波分光仪，微安表，模拟晶体 实验装置见图。在固定臂3上装有微波 信号发生器1和发射喇叭2，活动臂16 上装有接收喇叭15，衰减器14，检波 器13及调谐短路活塞12。微安表11与 检波器13相连作指示器用。分光玻璃6 插在微波分光仪刻度盘10中心孔中， 其与固定臂的夹角可通过转动刻度盘 上的载物台加以调节，并由刻度盘读 取角度值。固定金属板5插在固定插孔 中，可动金属板7插在读数机构8的插 1.徽被发生器：2发射喇明；3.固定臂：4.载物平台：5固定金属板：6分光计： 孔中。转动读数机构手轮可移动金属 7.可移动金属板：8读数机构9.底座10.刻度盘11.徽安表12.调谐短路活塞1 3检被二极管：4.意减器：15.接收喇叭：16.活动臂：17.微被发生器电源 板7的位置并读出其所在位置的读数。 图14-9实验装量图
四、实验仪器 DH1121型三厘米固态信号发生器，DH926型微波分光仪，微安表，模拟晶体 实验装置见图。在固定臂3上装有微波 信号发生器1和发射喇叭2，活动臂16 上装有接收喇叭15，衰减器14，检波 器13及调谐短路活塞12。微安表11与 检波器13相连作指示器用。分光玻璃6 插在微波分光仪刻度盘10中心孔中， 其与固定臂的夹角可通过转动刻度盘 上的载物台加以调节，并由刻度盘读 取角度值。固定金属板5插在固定插孔 中，可动金属板7插在读数机构8的插 孔中。转动读数机构手轮可移动金属 板7的位置并读出其所在位置的读数
五、实验内容与步骤 1.测定微波波长 ①先将活动臂与固定臂调成直线状态，调整喇叭； ②搭麦克尔逊干涉线路； ③调节衰减器，然后调节短路活塞，使微安表指针 达到极大值； ④转动读数机构手轮，测第一个极大值；测出第 个极大值，记录读数； ·⑤计算波长，求不确定度
五、实验内容与步骤 1.测定微波波长 ◼ ①先将活动臂与固定臂调成直线状态，调整喇叭； ◼ ②搭麦克尔逊干涉线路； ◼ ③调节衰减器，然后调节短路活塞，使微安表指针 达到极大值； ◼ ④转动读数机构手轮，测第一个极大值；测出第n 个极大值，记录读数； ◼ ⑤计算波长，求不确定度
2.布喇格衍射 ■①调整仪器，将模拟晶体放到载物台上； ■②用(100)晶面验证布喇格定律，转动晶体， 使晶面的法线与发射喇叭，接收喇叭轴线垂直， 调节衰减器和短路活塞，使微安表指向最大值； ■③测量不同的掠射角0，来寻找一级和二级掠 射角； ■④计算，验证布喇格定律； ■⑤已知波长，用(110和(100)晶面测立方晶体 的晶格常数
2.布喇格衍射 ◼①调整仪器，将模拟晶体放到载物台上； ◼②用(100)晶面验证布喇格定律，转动晶体， 使晶面的法线与发射喇叭，接收喇叭轴线垂直， 调节衰减器和短路活塞，使微安表指向最大值； ◼③测量不同的掠射角θ，来寻找一级和二级掠 射角； ◼④计算，验证布喇格定律； ◼⑤已知波长，用(110)和(100)晶面测立方晶体 的晶格常数