微波光学试验

微波光学试验第一页，共十页，编辑于2023年，星期二基本要求１、了解电磁波的反射、干涉、衍射等现象。２、学会用微波分光仪做反射、干涉、衍射等实验。３、学习如何分析和消除系统误差。第二页，共十页，编辑于2023年，星期二主要试验内容将微波分光仪的工作电流选择在预热档，接通电源，预热20min。然后拨向等幅档，调整工作电流及衰减器，使微安表读数适中。调节接收喇叭，使两喇叭对正，使之接受信号最大。１、反射实验（１）装上反射板，使其法线与刻度盘上的0o线一致，固定在刻度盘上。（２）转动圆盘，使固定臂指针指向某一角度，即入射角。然后转动活动臂，找到一个最大接收位置，这个位置所对应的角度为反射角。（３）每隔5o做一次，记录所对应的位置。（４）从左、右方向入射，各做一次，取平均值，验证反射定律。２、单缝干涉（１）将固定臂和活动臂的指针分别指向180o和0o线处。（２）装上单缝板，使其表面与圆盘上的90o线重合，缝宽控制在70mm。（３）衍射角从0o开始，转动活动臂，每隔2o记录一次表头读数，做到50o为止，左右各一次。（４）画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线，求出一级极大和一级极小，并且与理论计算出来的相应角度进行比较。３、双缝干涉（１）按单缝衍射步骤进行（使缝宽a=40mm,间隔b=70mm）。第三页，共十页，编辑于2023年，星期二（２）应用公式计算比较出相长干涉角和相消干涉角，与实验求出的相应角度进行比较。４、迈克尔逊干涉（１）使固定臂和活动臂分别指向0o和90o处。固定活动臂，装上透射板，使法线对准圆盘上的45o线，并固定之。（２）分别装上反射板（应相互垂直），其法线应与喇叭的轴线一致。（３）移动反射板（通过旋转读数机构上的手柄），在表头上读出（n+1）个极小值，并同时从读数机构上读出相应各个极小值的读数，求出可移反射板移动的总距离，根据公式求出λ。５、布拉格衍射（１）将模拟晶体排成方形点阵，放在圆盘上，使待侧面法线与圆盘上0o垂直，并固定。（２）转动圆盘，使固定臂指针指在某一角度即入射角，将活动臂转至反射角方向，使反射角等于入射角，读出μA表读数。（３）改变入射角，每隔2℃测一次数据。（４）左右各做一次，取平均值，画出衍射角曲线，并求出相应的衍射角。主要试验内容第四页，共十页，编辑于2023年，星期二仪器简介1231210487561191固态源电源2发射喇叭3固态源4接收喇叭5衰减器6检波器7微安表8活动臂9指示角度指针10试样台11仪器调平螺丝12固定臂第五页，共十页，编辑于2023年，星期二仪器简介固态源电源布拉格衍射本实验采用成套的微波分光仪，其结构如图。还有单缝板、双缝板、透射板各一块，反射板两块，模拟晶体，两个支架。第六页，共十页，编辑于2023年，星期二实验注意事项１、将两个喇叭的方向对正，发射和接收喇叭方向不正将严重影响实验结果，务必小心不可碰歪。２、做“布拉格衍射”实验前应仔细将模拟晶体排成方形点阵，并将小球调整到规则位置。３、测峰值时，注意峰值是否超过量程。第七页，共十页，编辑于2023年，星期二思考题1、实验前，为什么必须将两喇叭天线对正？如果不对正，对实验结果将产生什么影响？2、做反射实验时，为什么要求角度在35º～65º之间？入射角为什么不能太大？3、在布拉格衍射实验中，为什么要左右各测一次取平均值？4、试设计用微波相干仪测量不透明介质的折射率。第八页，共十页，编辑于2023年，星期二思考题答案1、实验前，为什么必须将两喇叭天线对正？如果不对正，对实验结果将产生什么影响？答：实验前必须将两喇叭天线对正，这样才会使得测量结果正确，并与理论值相符合。若两喇叭天线没对正，即发射喇叭偏离，在双缝干涉实验中，将使衍射曲线中央极大偏离，两边不对称，同时接收信号偏小或接收不到信号；在布拉格衍射实验中，调节的入射角不等于实验入射角，所以测得的数据是错误的。如果接收喇叭天线偏离，则可能使接收信号偏小，甚至接收不到信号。2、做反射实验时，为什么要求角度在35º～65º之间？入射角为什么不能太大？答：做反射实验时，要求角度在35º～65º之间，在这角度之间才能比较正确地验证反射定律。由于发射喇叭天线发出的微波束是一个扇形区域的波束。若入射角度太小，即使想法调节到小角度，则接收喇叭会挡住部分发射喇叭天线发出的微波，测量结果就不正确；若入射角度太大，则发射喇叭天线发出的部分微波没有经过反射板就直接进入了接收喇叭，这样的结果显然是错误的，也就不能验证反射定律。3、在布拉格衍射实验中，为什么要左右各测一次取平均值？答：模晶格放在圆盘上时，不可能完全中心对齐，待测面的法线也不可能完全与0º重合。这样测量结果会存在一个“0位误差”，即衍射极大的角度可能偏大或偏小。左右各测一次再取平均可减小或消除这种“0位误差”。4、试设计用微波相干仪测量不透明介质的折射率。第九页，共十页，编辑于2023年，星期二思考题答案4、试设计用微波相干仪测量不透明介质的折射率。答：（1）原理用微波的迈克尔逊干涉实验进行测量。由于电磁波可以透过不透明介质，将这种不透明的介质做成厚度为d的平板放入干涉仪的一臂之中，如图所示。则两臂的波程差将变化为，由此变化可测量出介质的折射率n。（2）做法首先在没有介质板的情况下，调节螺旋测微计使B板移动，同时测出接收喇叭变化k+1个极大（或极小）之间的距离d1，则。再将介质平板插入图示的位置，调节螺旋测微计