微波分光儀課件

微波分光儀I一.實(shí)驗(yàn)原理

二.微波分光儀三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求微波是一種電磁波，就應(yīng)有干涉、衍射、反射、折射、偏振等特性。本實(shí)驗(yàn)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(gè)（大約5個(gè)，十萬倍）數(shù)量級，因此用微波作波動實(shí)驗(yàn)比用光波作波動實(shí)驗(yàn)更直觀和方便。一、實(shí)驗(yàn)原理⒈電磁波的反射定律：反射線在入射線和通過射點(diǎn)的法線所決定的平面上，反射線和入射線分居在法線兩側(cè)，反射角等于入射角。微波的頻率很高在導(dǎo)體表面發(fā)生全反射，可用一塊大

金屬板作為反射板。⒉邁克耳孫干涉邁克耳孫干涉的基本原理如圖1所示。G

是與入射微波成45

°的半透半反板，將入射波分成兩束，一束向A一束向B。A、B是兩塊全反射板，兩束波又返回G并到達(dá)接收喇叭。移動B可控制二者的相位差，B移動半個(gè)微波波長，二者相位改

變2π。故移動B，可從干涉極大或極小值的變化，測量微波波長。發(fā)射喇叭圖1接收喇叭固定反射板可移動反射板GAB這兩列波是相干波。若B移動了距離L，接收到n+1個(gè)極大或極小，則波長為：波導(dǎo)二、微波分光儀分波元件信號發(fā)生器接收喇叭檢波二極管衰減器諧振腔微波發(fā)射喇叭μ

A旋轉(zhuǎn)主軸圖2分光儀的基本組成如圖2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

；接收器和分波元件均可繞主旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；發(fā)射微波：信號發(fā)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(jìn)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TE10（橫電波，下標(biāo)1表示電磁場沿波導(dǎo)寬邊形成一個(gè)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；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；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?，微安表的電流與微波強(qiáng)度成正比。衰減器可控制微波的強(qiáng)度。圖3微波分光儀的邁克耳孫干涉A反射板B移動板G板μA表微波源電信號諧振腔微波衰

發(fā)射喇叭減器波導(dǎo)管接收喇叭檢波二極管三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理用邁克耳孫干涉測微波波長：自己想辦法把儀器調(diào)整成圖1的狀態(tài)。可移動反射板每移動半個(gè)波長，干涉條紋改變一個(gè)。若L為n+1個(gè)干涉極小反射板所移動的距離，則微波波長λ=2L/n，測量三次取平均。驗(yàn)證反射定律：可省略，因?yàn)橹挥蟹瓷涠沙闪?，才能?yàn)證邁克耳孫干涉。分波元件為金屬板。為讀數(shù)方便，板的法線指0°。為消除反射板法線指零不準(zhǔn)，反射角應(yīng)取正負(fù)、入射角所得反射角的平均值。用列表法或作圖法處理數(shù)據(jù)。四、思考題微波分光儀不象可見光干涉儀那么精密，但測量結(jié)果的誤差為什么不大呢?如果各個(gè)干涉極?。ɑ驑O大）的強(qiáng)度相差過大，是什么原因造成的?本實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于X射線波長，可用放大的晶體模型代替晶體，了解布拉格衍射。這樣的模擬直觀簡單，有利于初學(xué)者認(rèn)識掌握晶體結(jié)構(gòu)。微波分光儀II一.實(shí)驗(yàn)原理

二.微波分光儀三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求微波是一種電磁波，就應(yīng)有干涉、衍射、反射、折射、偏振等特性。本實(shí)驗(yàn)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(gè)（大約7個(gè)，千萬倍）數(shù)量級，因此用微波作波動實(shí)驗(yàn)比用光波作波動實(shí)驗(yàn)更直觀和方便。一、實(shí)驗(yàn)原理⒈微波的偏振平面電磁波是橫波，它的電場強(qiáng)度矢量和波長的傳播方向垂直。電場強(qiáng)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θ）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(qiáng)度，I為θ方向微波的強(qiáng)度。θI0發(fā)射喇叭方向接收喇叭方向I圖1⒉

單縫衍射當(dāng)一平面波入射到寬度和波長可比擬的狹縫時(shí)，就會發(fā)生衍射現(xiàn)象?？p后面的衍射波強(qiáng)度出現(xiàn)不均勻分布，中央主極大強(qiáng)度最強(qiáng)，寬度最寬，次極大的強(qiáng)度很弱。若滿足夫瑯和費(fèi)衍射的“遠(yuǎn)場”條件時(shí),當(dāng)當(dāng)時(shí)設(shè)波長為λ縫寬為 衍射角為θ則強(qiáng)度分布如下：式中時(shí)出現(xiàn)次極大…I=0出現(xiàn)暗條紋。波的相對強(qiáng)度分布如圖2所示。I/I0sinθ圖2波導(dǎo)二、微波分光儀分波元件信號發(fā)生器接收喇叭檢波二極管μ

A衰減器諧振腔微波發(fā)射喇叭旋轉(zhuǎn)主軸圖3分光儀的基本組成①③②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。發(fā)射微波：信號發(fā)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(jìn)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(biāo)1表示電磁場沿波導(dǎo)寬邊形成一個(gè)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；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；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?，微安表的電流與微波強(qiáng)度成正比。衰減器可控制微波的強(qiáng)度。圖4微波分光儀的單縫衍射微波源電信號微波衰

發(fā)射喇叭減器諧振腔波導(dǎo)管μA表接收喇叭檢波二極管單縫三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理⒈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θ的大小。每5度測一個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，用圖示法與理論曲線比較。⒉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(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)；給出相對強(qiáng)度分布曲線。根據(jù)暗紋位置計(jì)算微波波長。分析實(shí)驗(yàn)值與理論值差別較大的原因。