微波分光仪课件

微波分光仪I一.实验原理二.微波分光仪三.实验内容及要求微波分光仪I一.实验原理

微波是一种电磁波，就应有干涉、衍射、反射、折射、偏振等特性。本实验正是研究微波的这些特性。由于微波波长比光波波长大几个（大约5个，十万倍）数量级，因此用微波作波动实验比用光波作波动实验更直观和方便。一、实验原理⒈电磁波的反射定律：

反射线在入射线和通过射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。微波的频率很高在导体表面发生全反射，可用一块大金属板作为反射板。微波是一种电磁波，就应有干涉、衍射、反射、折射、偏振⒉迈克耳孙干涉

迈克耳孙干涉的基本原理如图1所示。

G是与入射微波成45°的半透半反板，将入射波分成两束，一束向A一束向B。

A、B是两块全反射板，两束波又返回G并到达接收喇叭。

移动B可控制二者的相位差，B移动半个微波波长，二者相位改变2π。故移动B，可从干涉极大或极小值的变化，测量微波波长。发射喇叭图1接收喇叭固定反射板可移动反射板GAB这两列波是相干波。若B移动了距离L，接收到n+1个极大或极小，则波长为：⒉迈克耳孙干涉迈克耳孙干涉的基本原理如图1所示。波导二、微波分光仪微波发射喇叭分波元件信号发生器接收喇叭检波二极管µA衰减器谐振腔旋转主轴图2分光仪的基本组成波导二、微波分光仪微波发射喇叭分波元件信号接收喇叭检波二极管如图2所示

分光仪主要由微波的发射、接收和分波元件三部分组成；

接收器和分波元件均可绕主旋转轴转动；

分波元件可以是半透射板、金属反射板、单缝、双缝、模拟晶体等；信号发生器与谐振腔等共同组成微波源；所产生的微波经耦合孔进入波导管，波导管为矩型波导管，它能在来自谐振腔的微波中选出横电波TE10（横电波，下标1表示电磁场沿波导宽边形成一个半波驻波，0表示沿窄边方向处处均匀）；

微波电场垂直于波导(或喇叭)宽面；

接收装置只能接收横电波，接收波导中的检波二极管把微波变为直流电，微安表的电流与微波强度成正比。

衰减器可控制微波的强度。发射微波：如图2所示分光仪主要由微波的发射、接收和分波元件三部分组

图3微波分光仪的迈克耳孙干涉发射喇叭接收喇叭A反射板B移动板G板µA表微波源电信号谐振腔微波衰减器波导管检波二极管图3微波分光仪的迈克耳孙干涉发射喇叭接收喇叭A反射板B三、实验内容及数据处理

1.用迈克耳孙干涉测微波波长：

自己想办法把仪器调整成图1的状态。

可移动反射板每移动半个波长，干涉条纹改变一个。若L为n+1个干涉极小反射板所移动的距离，则微波波长λ=2L/n，测量三次取平均。2.验证反射定律：

分波元件为金属板。为读数方便，板的法线指0°。为消除反射板法线指零不准，反射角应取正负、入射角所得反射角的平均值。用列表法或作图法处理数据。可省略，因为只有反射定律成立，才能验证迈克耳孙干涉。三、实验内容及数据处理1.用迈克耳孙干涉测微波波长：自己四、思考题

本实验装置可用于模拟布拉格衍射。布拉格衍射是指晶体对X射线的衍射，这种衍射用于研究晶体的晶格结构。用微波代替X射线，因微波波长远远大于X射线波长，可用放大的晶体模型代替晶体，了解布拉格衍射。这样的模拟直观简单，有利于初学者认识掌握晶体结构。1.微波分光仪不象可见光干涉仪那么精密，但测量结果的误差为什么不大呢?2.如果各个干涉极小（或极大）的强度相差过大，是什么原因造成的?四、思考题本实验装置可用于模拟布拉格衍射。布拉格衍射是指微波分光仪II一.实验原理二.微波分光仪三.实验内容及要求微波分光仪II一.实验原理

微波是一种电磁波，就应有干涉、衍射、反射、折射、偏振等特性。本实验正是研究微波的这些特性。由于微波波长比光波波长大几个（大约7个，千万倍）数量级，因此用微波作波动实验比用光波作波动实验更直观和方便。一、实验原理⒈

微波的偏振

平面电磁波是横波，它的电场强度矢量和波长的传播方向垂直。电场强度矢量如果沿一固定方向变化，这样的横电磁波叫线偏振波；电磁场沿某一方向（与偏振方向的夹角为θ）的能量与偏振方向的能量有的关系，式中I0为偏振方向微波的强度，I为θ方向微波的强度。θI0I发射喇叭方向接收喇叭方向图1微波是一种电磁波，就应有干涉、衍射、反射、折射、偏振⒉单缝衍射

当一平面波入射到宽度和波长可比拟的狭缝时，就会发生衍射现象。

缝后面的衍射波强度出现不均匀分布，中央主极大强度最强，宽度最宽，次极大的强度很弱。

若满足夫琅和费衍射的“远场”条件时,波的相对强度分布如图2所示。当当

时

式中

时出现次极大…I=0出现暗条纹。

设波长为λ缝宽为衍射角为θ则强度分布如下：I/I0sinθ图2⒉单缝衍射当一平面波入射到宽度和波长可比拟的狭缝时，波导二、微波分光仪微波发射喇叭分波元件信号发生器接收喇叭检波二极管µA衰减器谐振腔旋转主轴图3分光仪的基本组成①③②波导二、微波分光仪微波发射喇叭分波元件信号接收喇叭检波二极管如图3所示

分光仪主要由微波的发射、接收和分波元件三部分组成；接收和发射喇叭平行等高；接收器和分波元件均可绕主旋转轴转动。

分波元件可以是半透射板、金属反射板、单缝、双缝、模拟晶体等；信号发生器与谐振腔等共同组成微波源；所产生的微波经耦合孔进入波导管，波导管为矩型波导管，它能在来自谐振腔的微波中选出横电波（横电波，下标1表示电磁场沿波导宽边形成一个半波驻波，0表示沿窄边方向处处均匀）；

微波电场垂直于波导或喇叭宽面；

接收装置只能接收横电波，接收波导中的检波二极管把微波变为直流电，微安表的电流与微波强度成正比。

衰减器可控制微波的强度。发射微波：如图3所示分光仪主要由微波的发射、接收和分波元件三部分组成

图4微波分光仪的单缝衍射发射喇叭微波源电信号谐振腔微波衰减器波导管µA表接收喇叭检波二极管单缝图4微波分光仪的单缝衍射发射喇叭微波源电信号谐振腔微波三、实验内容及数据处理⒈微波的偏振

自己想办法把仪器调整成图3的状态；无分波元件如图2所示。接收喇叭可以旋转，可改变θ的大小。

每5度测一个实验点，用图示法与理论曲线比较。

⒉研究微波的单缝衍射

自己想办法把仪器调整成图3的状态；分波元件为单缝，则仪器如图4所示。缝宽7cm左右，每两度左右测一个实验点；

给出相对强度分布曲线。根据暗纹位置计算微波波长。

分析实验值与理论值差别较大的原因。三、实验内容及数据处理⒈微波的偏振自己想办法把仪器四、应用

本实验装置可用于模拟布拉格衍射。布拉格衍射是指晶体对X射线的衍射，这种衍射用于研究晶体的晶格结构。用微波代替X射线，因微波波长远远大于X射线波长，可用放大的晶体模型代替晶体，了解布拉格衍射。这样的模拟直观简单，有利于初学者认识掌握晶体结构。四、应用本实验装置可用于模拟布拉格衍射。布拉格衍射是指晶微波分光仪I一.实验原理二.微波分光仪三.实验内容及要求微波分光仪I一.实验原理

微波是一种电磁波，就应有干涉、衍射、反射、折射、偏振等特性。本实验正是研究微波的这些特性。由于微波波长比光波波长大几个（大约5个，十万倍）数量级，因此用微波作波动实验比用光波作波动实验更直观和方便。一、实验原理⒈电磁波的反射定律：

反射线在入射线和通过射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。微波的频率很高在导体表面发生全反射，可用一块大金属板作为反射板。微波是一种电磁波，就应有干涉、衍射、反射、折射、偏振⒉迈克耳孙干涉

迈克耳孙干涉的基本原理如图1所示。

G是与入射微波成45°的半透半反板，将入射波分成两束，一束向A一束向B。

A、B是两块全反射板，两束波又返回G并到达接收喇叭。

移动B可控制二者的相位差，B移动半个微波波长，二者相位改变2π。故移动B，可从干涉极大或极小值的变化，测量微波波长。发射喇叭图1接收喇叭固定反射板可移动反射板GAB这两列波是相干波。若B移动了距离L，接收到n+1个极大或极小，则波长为：⒉迈克耳孙干涉迈克耳孙干涉的基本原理如图1所示。波导二、微波分光仪微波发射喇叭分波元件信号发生器接收喇叭检波二极管µA衰减器谐振腔旋转主轴图2分光仪的基本组成波导二、微波分光仪微波发射喇叭分波元件信号接收喇叭检波二极管如图2所示

分光仪主要由微波的发射、接收和分波元件三部分组成；

接收器和分波元件均可绕主旋转轴转动；

分波元件可以是半透射板、金属反射板、单缝、双缝、模拟晶体等；信号发生器与谐振腔等共同组成微波源；所产生的微波经耦合孔进入波导管，波导管为矩型波导管，它能在来自谐振腔的微波中选出横电波TE10（横电波，下标1表示电磁场沿波导宽边形成一个半波驻波，0表示沿窄边方向处处均匀）；

微波电场垂直于波导(或喇叭)宽面；

接收装置只能接收横电波，接收波导中的检波二极管把微波变为直流电，微安表的电流与微波强度成正比。

衰减器可控制微波的强度。发射微波：如图2所示分光仪主要由微波的发射、接收和分波元件三部分组

图3微波分光仪的迈克耳孙干涉发射喇叭接收喇叭A反射板B移动板G板µA表微波源电信号谐振腔微波衰减器波导管检波二极管图3微波分光仪的迈克耳孙干涉发射喇叭接收喇叭A反射板B三、实验内容及数据处理

1.用迈克耳孙干涉测微波波长：

自己想办法把仪器调整成图1的状态。

可移动反射板每移动半个波长，干涉条纹改变一个。若L为n+1个干涉极小反射板所移动的距离，则微波波长λ=2L/n，测量三次取平均。2.验证反射定律：

分波元件为金属板。为读数方便，板的法线指0°。为消除反射板法线指零不准，反射角应取正负、入射角所得反射角的平均值。用列表法或作图法处理数据。可省略，因为只有反射定律成立，才能验证迈克耳孙干涉。三、实验内容及数据处理1.用迈克耳孙干涉测微波波长：自己四、思考题

本实验装置可用于模拟布拉格衍射。布拉格衍射是指晶体对X射线的衍射，这种衍射用于研究晶体的晶格结构。用微波代替X射线，因微波波长远远大于X射线波长，可用放大的晶体模型代替晶体，了解布拉格衍射。这样的模拟直观简单，有利于初学者认识掌握晶体结构。1.微波分光仪不象可见光干涉仪那么精密，但测量结果的误差为什么不大呢?2.如果各个干涉极小（或极大）的强度相差过大，是什么原因造成的?四、思考题本实验装置可用于模拟布拉格衍射。布拉格衍射是指微波分光仪II一.实验原理二.微波分光仪三.实验内容及要求微波分光仪II一.实验原理

微波是一种电磁波，就应有干涉、衍射、反射、折射、偏振等特性。本实验正是研究微波的这些特性。由于微波波长比光波波长大几个（大约7个，千万倍）数量级，因此用微波作波动实验比用光波作波动实验更直观和方便。一、实验原理⒈

微波的偏振

平面电磁波是横波，它的电场强度矢量和波长的传播方向垂直。电场强度矢量如果沿一固定方向变化，这样的横电磁波叫线偏振波；电磁场沿某一方向（与偏振方向的夹角为θ）的能量与偏振方向的能量有的关系，式中I0为偏振方向微波的强度，I为θ方向微波的强度。θI0I发射喇叭方向接收喇叭方向图1微波是一种电磁波，就应有干涉、衍射、反射、折射、偏振⒉单缝衍射

当一平面波入射到宽度和波长可比拟的狭缝时，就会发生衍射现象。

缝后面的衍射波强度出现不均匀分布，中央主极大强度最强，宽度最宽，次极大的强度很弱。

若满足夫琅和费衍射的“远场”条件时,波的相对强度分布如图2所示。当当

时

式中

时出现次极大…I=0出现暗条纹。

设波长为λ缝宽为衍射角为θ则强度分布如下：I/I0sinθ图2⒉单缝衍射当一平面波入射到宽度和波长可比拟的狭缝时，波导二、微波分光仪微波发射喇叭分波元件信号发生器接收喇叭检波二极管µA衰减器谐振腔旋转主轴图3分光仪的基本组成①③②波导二、微波分光仪微波发射喇叭分波元件信号接收喇叭检波二极管如图3所示

分光仪主要由微波的发射、接收和分波元件三部分组成；接收和发射喇叭平行等高；接收器和分波元件均可绕主旋转轴转动。

分波元件可以是半透射板、金属反射板、单缝、双缝、模拟晶体等；信号发生器与谐振腔等共同组成微波源；所产生的微波经耦合孔进入波导管，波导管为矩型波导管，它能在来自谐振腔的微波中选出横电波（横电波，下标1表示电磁场沿波导宽边形成一个半波驻波，0表示沿窄边方向