1、學號： PB07013042姓名：舒適87請把實驗原理內容自己總結，要簡潔明了實驗題目：微波布拉格衍射實驗目的1、了解與學習微波產生的基本原理以及傳播和接收等基本特性。2、觀測模擬晶體的微波布拉格衍射現象。實驗儀器DHMS-1型微波光學綜合實驗儀一套，包括：三厘米微波信號源、固態微波震蕩器、衰減器、隔離器、發射喇叭、接收喇叭、檢波器、檢波信號數顯器、可旋轉載物平臺和支架，以及實驗用附件（晶體模型、讀數機構等）。實驗原理微波的產生微波波長從1m到 0.1mm， 其頻率范圍從300MHz 3000GHz， 是無線電波中波長最短的電磁波。微波波長介于一般無線電波與光波之間，因此微波有似光性，它不僅具

2、有無線電波的性質，還具有光波的性質，即具有光的直射傳播、反射、折射、衍射、干涉等現象。由于微波的波長比光波的波長在量級上大 10000 倍左右，因此用微波進行波動實驗將比光學方法更簡便和直觀。本實驗裝置由微波三厘米固態信號電源、固態微波震蕩器、衰減器、 發射喇叭、載物平臺、接收喇叭、檢波器、液晶顯示器等組成。（選件：簡單立方交替模型等）圖 11 調諧桿 2 諧振腔 3 輸出孔 4 體效應管5 偏壓引線6 負載體效應振蕩器經微波三厘米固態信號電源供電，使得體效應管內的載流子在半導體材料內運動，產生微波，經調諧桿調制到所要產生的頻率。產生的微波經過衰減器（可以調節輸出功率）由發射喇叭向空間發射（發

3、射信號電矢量的偏振方向垂直于水平面）。微波碰到載物臺上的選件，將在空間上重新分布。接收喇叭通過短波導管與放在諧振腔中的檢波二極管連接，可以檢測微波在平面分布，檢波二極管將微波轉化為電信號，通過A/D 轉化，由液晶顯示器顯示。模擬晶體的布拉格衍射實驗布拉格衍射是用X射線研究微觀晶體結構的一種方法。因為X射線的波長與晶體的晶格常數同數量級，所以一般采用X 射線研究微觀晶體的結構。而在此用微波模擬X射線，照射到放大的晶體模型上，產生的衍射現象與X 射線對晶體的布拉格衍射現象與計算結果都基本相似。所以通過此實驗對加深理解微觀晶體的布拉格衍射實驗方法是十分直觀的。固體物質一般分晶體與非晶體兩大類，晶體又

4、分單晶與多晶。組成晶體的原子或分子按一定規律在空5 所示，在直角坐標中沿X、 Y、 Z 三個方向，原子在空間依序重復排列，形成簡單的立方點陣。組成晶體的原子可以看作處在晶體的晶面上，而晶體的晶面有許多不同的取向。如圖4 左方為最簡立方點陣，右方表示的就是一般最重要也是最常用的三種晶面。這三種晶面分別為（100）面、（110）面、（111 ）面，圓括號中的三個數字稱為222晶面指數。一般而言，晶面指數為n1n2n3 的晶面族，其相鄰的兩個晶面間距d= n1n2n3 。顯然其中（100）面的間距d 等于晶格常數；相鄰的兩個（110）面的晶面間距d= 2 ；而相鄰兩個（ 111）面的晶面間距d= 3

5、 。實際上還有許許多多更復雜的取法形成其他取向的晶面族。因微波的波長可在幾厘米，所以可用一些鋁制的小球模擬微觀原子，制作晶體模型。具體方法是將金屬小球用細線串聯在空間有規律地排列，形成如同晶體的簡單立方點陣。各小球間距d 設置為4cm（與微波波長同數量級）左右。當如同光波的微波入射到該模擬晶體結構的三維空間點陣時，因為每一個晶面相當于一個鏡面，入射微波遵守反射定律，反射角等于入射角，如圖5 所示。而從間距為d 的相鄰兩個晶面反射的兩束波的程差為 2d sin ，其中為入射波與晶面的夾角。顯然，只是當滿足2d sin ,1,2,3 L時，出現干涉極大。方程（5）稱為晶體衍射的布拉格公式。如果改用

6、通常使用的入射角表示，則（5）式為2d cos ,1,2,3L（ 6）【實驗內容】1、微波源基本特性觀測旋轉調諧桿旋鈕，改變頻率，觀察輸入電流變化，了解固態微波信號源工作原理；改變接收喇叭短波導管處的負載與晶體檢波器之間的距離，觀察阻抗不匹配對輸出功率的影響；也可改變頻率，固定負載與晶體檢波器之間的距離，觀測頻率的變化對輸出功率的影響。2微波的反射將金屬板平面安裝在一支座上，安裝時板平面法線應與支座圓座上指示線方向一致。將該支座放置在o載物臺上時，支座圓座上指示線指示在載物小平臺0 位置。 這意味著小平臺零度方向即是金屬反射板法線方向。轉動小平臺，使固定臂指針指在某一角度處，這角度讀數就是入射

7、角，然后轉動活動臂在液晶顯示器上找到一最大值，此時活動臂上的指針所指的小平臺刻度就是發射角。如果此時電表指示太大或太小，應調整衰減器、固態震蕩器或晶體檢波器，使表頭指示接近滿量程。做此項實驗，入射角最好取30 度至65 度之間，因為入射角太大接收喇叭有可能直接接收入射波，同時應注意系統的調整和周圍環境的影響。3、布拉格衍射實驗中兩個喇叭口的安置同反射實驗一樣。模擬具體球應用模片調得上下應成為一方形點陣，各金屬球點陣間距相同。模擬晶片架上的中心孔插在一專用支架上，將支架放至平臺上時，應讓晶體的中心軸與轉動軸重合。并使所研究的晶面（ 100） 法線正對小平臺上的零刻度線。為了避免兩喇叭之間波的直接

8、入射，入射角取值范圍最好在30 度到 60 度之間，尋找一級衍射最大。數據記錄：入射角30333639424548KKKK60反射角U(mV)在微波分光儀還可以進行電磁波的線極化、圓極化和橢圓極化實驗，通過三種極化波的產生、檢測，可以了解電波極化的概念；同時可以進行圓極化波反射和折射、左旋/ 右旋特性實驗；利用邁克爾遜干涉原理可以進行無損介質介電常數測定實驗；光學中的布儒斯特角、法布里-珀羅干涉儀、勞埃德鏡、棱鏡的折射、也可在微波波段得到再現；還可以進行設計性實驗，例如：微波法濕度的測定。數據處理：實驗一：微波的反射入射角 45 度角度（度）金屬板接收功率玻璃接收功率50.41.0100.23

9、.7150.55.2201.511.5253.828.1308.260.63517.4100.44021.7123.74530.6133.55031.0111.65522.268.26010.644.9654.124.8702.47.4751.64.4800.95.70102030405060708090anglepower0102030405060708090X Axis Title8.9GHz，依次改變入射角，尋找一級衍射最大入射角（度）接收功率3067.53566.54078.9450.85065.05529.86019.36586.470190.77571.2作圖：“”180 度角度（

10、度 ）接收功率011.756.5101.5157.3209.7253.33014.83512.34017.94524.95020.5558.4600.5651.7702.1752.6802.6power received2dcos =k在一級衍射最大處取 k=1,d=k2coskv2fcos1 3.0 1082 8.9 109cos70o0.049(m)作圖：020406080angle實驗四：反射透射特性發射功率為102.4透過功率以 45 度角入射的反射功率金屬板2.1106.3玻璃板56.285.1思考題：1. 金屬是一種良好的微波反射器。其它物質的反射特性如何？是否有部分能量透過這些物質還是被吸收 了？比較導體與非導體的反射特性？ 答：由實驗四的結果可知金屬的反射特性很好，透射性差，而非導體相對而言反射性不高，而透射性 要好得多。兩種物質應該都能吸收部分能量。2、在實驗中使發射器和接收器與角度計中心之間的距離相等有什么好處？答： 減小微波在不同半徑接收強度不同對實驗造成的誤差。接受喇叭有一定面積，太近太遠接收的“角度范圍”和發射的就有區別，增大誤差。3、假如預先不知道晶體中晶面的方向，是否會增加實驗的復雜性？又該如何定位這些晶面？答：會。可以沿著各個不同的角度，對微波進行衍射，立體地、全方位地采集數據，