实验名称微波实验

1、實驗名稱：微波實驗實驗目的：瞭解微波量測裝置去使用實際的裝置、微波的用途，及瞭解實驗中量測值的真實意義。實驗裝置：1.微波發射器：transmitter .10.偏振板：polarizer1 2.微波接收器：receiver 11.長形磁條：slit extender arm1 3.量角器：goniometer .12.窄狹縫隔板：narrow slit spacer1 4.反射板：reflector 13.寬狹縫隔板：wide slit spacer1 5.旋轉物基座：rotating component holder .14.固定長臂：fixed arm assembly1 6.旋轉台：r

2、otating table 15.長尺：meter stick 1 7.三角稜鏡盒：ethafoam prism 16.聚乙烯板：polyethylene panel1 8.苯乙烯球：styrene pellets 17.半反射板：partial reflector2 9.移動物基座：component holder 18.立方晶格：cubic lattice1 一、 微波實驗系統介紹實驗儀器： 1.transmitter 2.receiver 3.Goniometer 4.reflector實驗步驟：1. 如圖1-1架設發射器與接收器，並將其極性調為一致。2. 打開發射器與接收器的電源，調整

3、接收器強度在off到30x之間。3. 使發射器與接收器相距40cm調整接收器上的variable sensitivity 使接收器讀數為1.0。4. 調整發射器與接收器間的距離R，並記錄讀數在表1-1上。R(cm)meter reading (M)M*R(cm)M*R2(cm2)405060708090100表1-1 5.設置發射器與接收器間距為70到90cm之間，然後慢慢減少間距，觀察讀數是否緩慢 增加？二、 反射實驗儀器:1. transmitter2.receiver 3.Goniometer 4.rotating compoment holder(1) 5.metal reflecto

4、r 實驗步驟：1. 如圖2-1架設發射器與接收器，並將其極性調整為一致。2. 調整接收器的intensity為30倍。3. 調整入射角為45度並轉動接收器使得在某角度時讀數最大（即為反射角）。4. 記錄入射角與反射角的關係在表2-1上。angle of incidenceangle of reflection10度20度30度40度50度60度70度80度90度表2-1三、 用駐波來量測波長實驗原理：當兩電磁波在空間中相遇會互相疊加，某點的電場為兩波的電場和，若它們有相同的頻率且方向相反可能會形成駐波，節點為兩者電場和為零處，腹點則是兩者相位差180度，而兩節間的長度即為此波波長的一半。實驗儀

5、器： 1.transmitter 2.receiver 3.Goniometer poment holder(2) 5.reflector(1) 6.MZ-9319 microwave detector probe實驗步驟：A.利用發射器和反射板造成駐波1. 如圖3-1架設儀器（接收器連上探針）。2. 滑動探針使接收器的讀值最小（節點）記下探針初始位置，然後邊看讀數邊滑動探針，使讀數經過10個最大值（腹點）然後回到節點，記下探針最後位置。3. 利用上述的初始位置與最後位置，計算出微波波長。 B.利用接收器會造成部份反射的情況來造成駐波 1.如圖3-2架設儀器調整讀數使其在發射器與接收器最靠近時

6、為最大。 2.移動接收器約1至2公分找到使讀數最大的位置，記下初始位置。 3.使接收器遠離，經過10個最小讀數再移到下一個最大直，記下末位置。 4.計算波長四、經過稜鏡的折射實驗 實驗原理： 根據電磁波的折射理論來說，當電磁波穿過兩種不同介質的介面時，會產生折射，而 方向可根據Snells Law算出NiSin iNrSinr 實驗儀器:1.transmitter2.receiver 3.Goniometer 4.rotating table 5.enthafoam prim mold with styrene pellets 6.protractor實驗步驟：1. 如圖4-1裝置儀器，並旋轉

7、空的稜鏡盒觀察是否有反射，折射或吸收等現象。2. 將稜鏡盒裝滿苯乙烯製成的小圓球，為了計算方便，使稜鏡盒的底邊與入射波垂直，如圖4-2。3. 旋轉接收器，找到一角度使讀數最大4. 根據圖4-2計算i，r，NiNr。5. 若空氣的折射率為1.00，則苯乙烯的折射率為多少？五、 Polarization實驗原理： 微波的極化方向為平行其發射波的diode，由此實驗我們可以觀察其極化的方向。實驗儀器：1.transmitter2.receiver 3.Goniometer4. component holder (1)5. polarizer (1)實驗步驟：1. 如圖5-1裝置好儀器（注意發射器與接

8、收器號角的長邊是水平的）：2. 改變接收器的角度並記錄在表5-1，觀察改變到180度的情況：angle of receivermeter readingangle of receivermeter reading0100101102012030130401405015060160701708018090表5-13. 如圖5-2裝置儀器並把接收器社回0度（即號角較長的那一邊在水平方向上）。4. 每次改變接收器10度，觀察看看在那依角度器的讀值最小，並在偏振板擺22.5度，45度，67.5度，90度處重覆實驗，記錄在表5-2中。angle of slitsangle of receiver for

9、 minimum meter reading0度（Horiz.）22.54567.590 表5-25. 移開偏振板，使發射器與接收器極化方向一樣，再重新放上偏振板並記錄當偏振板在垂直、水平及45度接收器的讀值在表5-3上：angle of slitsmeter reading09045 表5-3三、雙狹縫干涉實驗原理： 在實驗三中可見到兩個頻率相同方向相反的波會疊合成駐波，同樣在雙狹奉干涉亦有 類似駐波的極大（腹點）與極小值（節點）當兩狹縫相距為d，則在下列位置處有最大 值：dSinn 測量角度 入射波長 n任意整數 如圖6-1：實驗儀器： 1.transmitter 2.receiver 3

10、.Goniometer 4.rotating component holder 5.meal reflection(2) 6.slit extender arm 7.narrow slit spacer 8.wide slit spacer實驗步驟：1. 如圖6-2裝置儀器，狹縫寬度大約1.5cm：2. 將發射器與接收器調為零度，並儘可能使接收器的讀數值最大3. 逐步旋轉接收器的之臂，並觀察接收器上的讀數的變化4. 重新使發射器和接收器正對，並使接受器讀數調整為1.0，每次轉動5度並加以記錄。5. 狹縫寬度不變，用wide slit spacer使狹縫間距變寬，重複實驗。anglemeter

11、readinganglemeter reading0455501055156020652570307535804085表6-15.狹縫寬度不變，用wide slit spacer 使狹縫間距變寬，重複實驗。七、 單狹縫繞射 實驗原理： 當波通過寬度約為波長的單狹縫時會產生繞射現象，此時強度的變化與觀測的角度有關，若狹縫寬度為a，則最小值會發生在：aSin=n 實驗儀器： 1.transmitter 2.receiver 3.Goniometer 4.rotating component holder5.meal reflection(2)6.slit extender arm 實驗步驟： 1.

12、如圖7-1排列儀器，將狹縫寬設定為7.0cm。 2. 將發射器與接收器設為0度，並使接收器在倍數儘可能最小的情況下，使讀值為滿 刻度1。 3.轉動接收器的支臂，觀察接收器讀數的變化。 4.重新使發射器與接收器正對，並使接收器讀數為1.0，轉動接收器的之臂每5度記錄 其值在表7-1上，必要時調整倍數使值能加以確定。5.改變狹縫寬為13cm並重複實驗。八、 Lloyds mirror實驗原理： 在實驗三及實驗五中，我們看到如何把一波分成兩波而加以應用於實驗中，Lloyds mirror則是另一種方法，這方法的優點是經干涉產生的條紋可以很方便地用來測得電磁波的波長。在圖8-1中一部份由A發出的波經B

13、反射而到達C，一部份波由A直進到C，但則經B的波則花較長時間到達C，當兩波同相位時，會產生極大值，而下一個極大值會發生在反射板往後移動使經反射板的路徑為AB+BC+。圖8-1實驗儀器： 1.transmitter 2.receiver 3.Goniometer 4.fixed arm assemblyponent holder6.reflector(1)7.meter stick實驗步驟：1. 如圖8-2架設儀器，使發射器與接收器正對，距離大約1mm(距離的量度請參考圖8-3)，並使其距離的中點在之臂旋轉盤的中心點上（如圖8-1）。2. 微將反射板往後移動，觀察接收器讀數的變化。3. 移動反射

14、板，使其最靠近支臂且讀值最大，記錄此值為h1。4. 往後移動反射板，直到產生新的極大值h2，記錄此值為h2。5. 測量發射器到之臂轉軸中心的距離d1，最後利用h1、h2、d1計算微波波長。6. 改變發射器與接收器的距離，重複實驗。九、 Fabry Perot干涉儀實驗原理： 當電磁波碰到半反射片時，一部份會反射，一部份會折射，一個Fabry Perot干涉儀即是由兩片平行的半反射片所構成；當一波與另一經幾次反射後透出的波相疊合時，及產生干涉現象。若兩半反射片間的距離為，則兩波為同相，及產生極大值；若不符合前述條件則會產生最小值。實驗儀器： 1.transmitter 2.receiver 3.

15、Goniometer ponent holder（2）5.partial reflection實驗步驟：1. 如圖9-1架設儀器。圖9-12. 改變兩片半反射片的距離，並觀察對應的極大值與極小。3. 調整兩片半反射片的距離使讀數值最大，記錄為d1。4. 緩慢調整其中一反射片遠離另一反射片，在經過10個最小值 之後回到另一個最大值，記錄兩反射鏡的間距為d2。5. 利用d1、d2計算微波波長。6. 改變半反射片位置，重覆實驗。十、Michelson干涉儀 實驗原理： 就如同Fabry-Perot干涉一樣，把一波分為兩個後再加以疊加，如圖10-1，T為發射器，R為接收器，A與B為反射片，C為半反射片

16、，電磁波通過C後分別到達A及B，再反射回到C後到達接收器R，若兩波同相位則在接收器R會得到最大值，此時若移動反射鏡A或B其中之一，則相位會產生改變，讀值也就不是最大，因為波的路徑經兩次反射， 所以若將反射片移動2，則此波相位會改變360度，而使讀值經歷最小又回到最大，利用此可能計算出波長。 實驗儀器： 1.transmitter 2.receiver 3.Goniometer 4.fixed arm assembly ponent holder(2) 6.rotating table 7.reflector(2)8.partial refector(1) 實驗步驟： 1.如圖10-1裝設儀器

17、2.移動反射片A，觀察讀值變化。 3.將A定在產生最大值的地方，記錄距離為X1。 4.移動反射片A，使其經湊10個最小值後回到另一個最大值，記錄A的距離為X2。 5.利用上面的數據計算1波長。 6.改變A的位置，重複實驗。十一、光纖光學 實驗原理： 光可在真空中傳播，亦可在介值中傳播，就像在電線中電脈波的變化載著訊息一樣，雷射光強度的變化也可載著訊息在光纖中傳遞。觀察光在光纖中傳遞，我們可以瞭解此介值的一些性質。實驗儀器： 1.transmitter 2.receiver 3.Goniometer 4.tubular plastic bags 5.styrene pellets實驗步驟：1.

18、將發射器與接收器對齊成一直線。2. 將tubular plastic bags填滿styrene pellets，並將bag的一端街在發射器上，看看接收器的讀數有何變化，然後將bag另一端街上接收器，觀察讀值有何變化？3. 移走bag使發射器與接收器不正對，且沒有讀值反應，再將bag接上發射器與接收器，觀察讀值有何變化？4. 改變bag的曲率半徑，訊號的強度有何變化？強度變化得很突然還是很緩慢？找一曲率半徑使強度突然變化。十二、 Brewsters angle 實驗原理： 當電磁波通過一介質會有部份反射而不能通過介質，反射波的量與電磁波的極性有 關，當入射角為Brewsters angle時，

19、電磁波不會反射。 實驗儀器： 1.transmitter 2.receiver 3.Goniometer 4.rotating table 5.polythylene panel 實驗步驟： 1.如圖12-1排列，將發射器與接收器的極化角調為90度 2.調整panel使入射角為20度，轉動平台使接收器的讀值最大，然後代表12-1改變入 射角的值。並記錄在表12-1中。 3.只改變發射器與接收器的極化角調為0度，其他不變，將數值記錄在表12-1中。anglemeter reading (horizontal polarization)meter reading (vertical polariz

20、ation)202530354045505560657075 4.將讀值對入射角加以繪圖，水平與垂直極化繪在同一張圖上，利用Brewsters angle 的特性水平極化波不會反射找出Brewsters angle。十三、 Bragg diffraction 實驗原理： Braggs Lawg是用來探索晶體或固體的結構，當X-ray入射到晶體時需滿足下式： 2dSinn d：為兩繞射平面間距 ：為入射波的grazing angle 實驗儀器： 1.transmitter 2.receiver 3.Goniometer 4.rotating table 5.cubic lattice 實驗步驟： 1.如圖1