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1、微波分光儀II一.實驗原理二.微波分光儀三.實驗內(nèi)容及要求1 微波是一種電磁波,就應(yīng)有干涉、衍射、反射、折射、偏振等特性。本實驗正是研究微波的這些特性。由于微波波長比光波波長大幾個(大約7個,千萬倍)數(shù)量級,因此用微波作波動實驗比用光波作波動實驗更直觀和方便。一、實驗原理 微波的偏振 平面電磁波是橫波,它的電場強度矢量和波長的傳播方向垂直。 電場強度矢量如果沿一固定方向變化,這樣的橫電磁波叫線偏振波 ;電磁場沿某一方向(與偏振方向的夾角為)的能量與偏振方向的能量有 的關(guān)系,式中I0為偏振方向微波的強度,I為方向微波的強度。I0I發(fā)射喇叭方向接收喇叭方向圖12 單縫衍射 當一平面波入射到寬度和波
2、長可比擬的狹縫時,就會發(fā)生衍射現(xiàn)象。 縫后面的衍射波強度出現(xiàn)不均勻分布,中央主極大強度最強,寬度最寬,次極大的強度很弱。 若滿足夫瑯和費衍射的“遠場”條件時, 波的相對強度分布如圖2所示。當當 時 式中 時出現(xiàn)次極大I=0出現(xiàn)暗條紋。 設(shè)波長為縫寬為 衍射角為則強度分布如下:I/I0sin 圖23波導(dǎo)二、微波分光儀微波發(fā)射喇叭分波元件信號發(fā)生器接收喇叭檢波二極管A衰減器諧振腔旋轉(zhuǎn)主軸圖3分光儀的基本組成4如圖3所示 分光儀主要由微波的發(fā)射、接收和分波元件三部分組成 ;接收和發(fā)射喇叭平行等高;接收器和分波元件均可繞主旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。 分波元件可以是半透射板、金屬反射板、單縫、雙縫、模擬晶體等;信號發(fā)
3、生器與諧振腔等共同組成微波源 ;所產(chǎn)生的微波經(jīng)耦合孔進入波導(dǎo)管,波導(dǎo)管為矩型波導(dǎo)管,它能在來自諧振腔的微波中選出橫電波(橫電波,下標1表示電磁場沿波導(dǎo)寬邊形成一個半波駐波,0表示沿窄邊方向處處均勻); 微波電場垂直于波導(dǎo)或喇叭寬面; 接收裝置只能接收橫電波,接收波導(dǎo)中的檢波二極管把微波變?yōu)橹绷麟姡脖淼碾娏髋c微波強度成正比。 衰減器可控制微波的強度。發(fā)射微波:5 圖4 微波分光儀的單縫衍射 發(fā)射喇叭微波源電信號諧振腔微波衰減器波導(dǎo)管A表接收喇叭檢波二極管單縫6三、實驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理微波的偏振 自己想辦法把儀器調(diào)整成圖3的狀態(tài);無分波元件 如圖2所示。接收喇叭可以旋轉(zhuǎn),可改變的大小。 每5度測一個實驗點,用圖示法與理論曲線比較。 研究微波的單縫衍射 自己想辦法把儀器調(diào)整成圖3的狀態(tài);分波元件為單縫,則儀器如圖4所示??p寬7cm左右,每兩度左右測一個實驗點; 給出相對強度分布曲線。根據(jù)暗紋位置計算微波波長。 分析實驗值與理論值差別較大的原因。7四、應(yīng)用 本實驗裝置可用于模擬布拉格衍射。布拉格衍射是指晶體對X射線的衍射,這種衍射用于研究晶體的晶格結(jié)構(gòu)。用微波代替X射線,因微波波長遠
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