微波光学实验仪实验指导（近代物理实验用）.

微波光学实验仪实验指导（近代物理实验用）. ~ 1 ~ 微波分光仪 一、概述 微波在科学研究、 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 技术、交通管理、医疗诊断、国防工业的国民经济的各个方面都有十分广泛的应用。研究微波，了解它的特性具有十分重要的意义。 微波和光都是电磁波，都具有波动这一共性。都能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。因此用微波作波动实验与用光作波动实验所说明的波动现象及规律时一致的。由于微波的波长比光波的波长在数量级上相差一万倍左右，因此用微波来做波动实验比光学实验更直观，方便和安全。比如在验证晶格的组成特征时，布喇格衍射就非常的形象和直观。 通过本系统所提供的以下实验内容，可以加深对微波及微波系统的理解，特别是微波的波动这一特性。 1、微波的反射，2、驻波-测量波长;3、棱镜的折射;4、偏振;5、双缝干涉;6、劳埃德镜;7、法布里-罗布干涉仪;8、迈克尔逊干涉仪;9布儒斯特角;10、布喇格衍射;11、纤维光学。 二、系统组成 1、 微波信号源 -4输出频率10.5GHz?20MHz，波长2.85517cm，功率15mW，频率稳定度可达2×10，-2幅度稳定度:10。这种微波源相当于光学实验中的单色光束。 2、 发射器组件 组成部分:缆腔换能器，谐振腔，隔离器，衰减器，喇叭天线及支架。将电缆中的微 波电流信号转换为空中的电磁场信号。喇叭天线的增益大约是20分贝，波瓣的理论半功率 点宽度大约为:H面20?，E面16?。当发射喇叭口面的宽边与水平面平行时，发射信号 电矢量的偏振方向是垂直的，而微波的偏振方向则是水平的。 3、 接收器组件 组成部分:喇叭天线，检波器，支架、放大器和电流 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 。检波器将微波信号变为直流 或低频信号。放大器分三个档位，分别为×1档、×0.1档和×0.02档，可根据实验需要来 调节放大器倍数，以得到合适的电流表读数。 4、 中心平台 测试部件的载物台和角度计，直径200?。 5、 其他配件 反射板(金属板，2块)，透射板(部分反射板，2块)，偏振板，光缝屏(宽屏1块， 窄屏1块)，光缝夹持条，中心支架，移动支架(2个)，塑料棱镜，棱镜座，模拟晶阵， 晶阵座，聚苯乙烯丸，钢直尺(4根)。 三、仪器的基本操作 钢直尺的使用情况:除了进行“迈克尔逊干涉实验”时，接收器组件安置在2号钢尺外， 其他实验都是安置在1号钢尺上。发射器组件一直安置在3号钢尺上。 1号钢尺上有指针，并有锁紧螺钉，在直线移动接收器的时候需将直尺锁紧在180?的位置 处，以保证移动时不会出现接收器转动现象;而在沿转盘中轴转动接收器时，需松开锁紧螺钉。 实验1 系统初步认识 实验目的: 本实验系统的介绍了微波光学系统，它有助于学习设备的使用及理解用这套设备进行测量的重 ~ 2 ~ 要性。 实验仪器: 微波信号源 发射器组件 接收器组件 中心平台 反射板 钢直尺(1号、3号) 实验步骤: 1. 将发射器和接收器安置 在带有角度计的中心平 台上，其中发射器安置 在固定臂(3号钢直尺) 上，接收器安置在可动 臂(1号钢直尺)上。 注意发射器和接收器的 喇叭口相对，宽边与地 面平行，如图1.1。 2. 调节发射器和接收器之 间的距离。(喇叭口相 距40cm左右，可根据 实际情况自行调整)。调 图1.1 基础实验的仪器布置图 节发射器上的衰减器和 电流表上的档位开关，使接收器上的电流表的指示在1/2量程左右(约50uA)。 3. 沿着可动臂缓慢移动接收器，观察并记下不同位置处对应电流表上的数值。距离移动范围 为?15cm。 4. 松开接收器上面的手动螺栓，慢慢转动接收器，同时观察电流表上读数的变化，并解释这 一现象。 发射器上旋钮 使用方法 消防栓的使用方法指针万用表的使用方法84消毒液使用方法消防灭火器使用方法铁材计算器使用方法 如下。 衰减器旋钮:顺时针旋转为增大发射功率，反之则减小发射功率; 喇叭止动旋钮:该旋钮可以锁定喇叭的方向。喇叭只能图示方向内旋转90?。 接收器上也有喇叭止动旋钮，功能和发射器上对应旋钮一样。 喇叭天线可转动的方向 图1.3 喇叭天线转动方向图 图1.2 发射器上旋钮位置图 实验2 反射 实验目的: 了解微波的反射特性 实验仪器: ~ 3 ~ 微波信号源 发射器组件 接收器组件 钢直尺(1号、3号) 中心平台 中心支架 反射板 实验原理: 微波和光都是电磁波，都具有波动这一 共性，都能产生反射、折射、干涉和衍射等现 象。在光学实验中，可以用肉眼看到反射的光 线。本实验将通过电流表反映出折射的微波。 如图2.1所示，入射波轴线与反射镜法线 之间的夹角称为入射角。 图2.1 反射原理图 实验步骤: 1. 将发射器安置在3号钢尺上，接收器安置在1号钢尺上，喇叭朝向一致(宽边水平)。发射 器和接收器距离中心平台中心约350?。打开信号源开始实验。如图2.2所示。 图2.2 反射仪器布置图 2. 固定入射角于45度。转动装有接收器的可转动臂，使电流表读数最大，记录此时的反射角 于表1中。(接收器喇叭的轴线与反射镜法线之间的夹角称为反射角) 3. 当入射角分别为20?，30?，40?，50?，60?，70?时测量对应的反射角，记录于表1 中。比较入射角和反射角之间的关系。 表1 入射角度 反射角度 误差度数 误差百分比 20? 30? „„ 60? 70? 实验3 驻波-测量波长 实验目的: 了解微波的驻波现象，并利用驻波来测量微波的波长 实验仪器: 微波信号源 发射器组件 接收器组件 中心平台 钢直尺(1号、3号) 实验原理: ~ 4 ~ 微波喇叭既能接收微波，同时它也会反射微波，因此，发射器发射的微波在发射喇叭和接收喇叭之间来回反射，振幅逐渐减小。当发射源到接收检波点之间的距离等于nλ/2时(n为整数，λ为波长)，经多次反射的微波与最初发射的波同相，此时信号振幅最大，电流表读数最大。 , ,d,N2 ,d上式中的表示发射器不动时接收器移动的距离，N为出现接收到信号幅度最大值的次数。 实验步骤: 1. 如图3.1布置实验仪器，要求发射器和接收器处于同一轴线上，喇叭口正对。接通信号源， 调整发射器和接收器使二者距离中心平台中心的位置(约200?，可自行调整)，再调节发 射器衰减器和电流表档位开关，使电流表的显示电流值适中(3/4量程左右)。 图3.1 驻波实验的仪器布置图 2. 将接收器沿钢尺缓慢滑动远离发射器(发射器和接收器处于同一轴线上)，观察电流表的显 示变化。 3. 当电流表在某一位置出现极大值时，记下接收器所处位置刻度X，然后缓慢将接收器沿远1 离发射器方向缓慢滑动，当电流表读数出现N(至少十)个极小值后再次出现极大值时， 记下接收器所处位置刻度X，将记录的数据填入表2中。 2 4. 计算微波的波长，并与实际值比较。 表2: 测量和实际值的,d,X,XX(d) X(d) N , 1122, 12次数 相对误差 1 2 3 4 实验4 棱镜的折射 实验目的: 了解微波的折射特性，计算所给材料的折射率 实验仪器: 微波信号源 发射器组件 接收器组件 钢直尺(1号、3号) 中心平台 棱镜座 塑料棱镜(聚乙烯) 实验原理: ~ 5 ~ 通常电磁波在某种均匀媒质中是以匀速直线传播的，在不同媒质中由于媒质的密度不同，其传播的速度也不同，速度与密度 成反比。所以，当它通过两种媒质的分界 面时，传播方向就会改变，如图4.1所示， 这称为波的折射。 它遵循折射定律(或称为斯涅耳定 律) nsin,,nsin, 1122 θ为入射波与两媒质分界面法线的夹角，1 称为入射角。θ为折射波与两媒质分界面法线2 的夹角，称为折射角。 每种媒质可以用折射率n表示，折射率是电磁波在真空中的传播速率与在媒质空中的传播速率之比。一般而言，分界面两边介质的折射率不同，分别用n1和n2表示。两种介质的折射率不同(即波速不同)导致波的偏转。或者说当波入射到两不同媒质的分界面时将会发生折射。 本实验将利用折射定律测量聚乙烯板的折射率。 实验步骤: 1. 如图4.2布置实验仪器。接通信号源，调节衰减器和电流表档位开关，使电流表的显示电流 值适中(约1/2量程)。 图4.2 棱镜折射实验布置图 2. 绕中心平台的中心轴缓慢转动接收器，记下电流表读数最大时钢尺1转过的角度。 3. 设空气的折射率为1，根据折射定律，计算聚乙烯板的折射率。 4. 转动棱镜，改变入射角，重复前3步实验。 实验5 布喇格衍射 实验目的: 了解布喇格衍射实验原理，并测量立方晶格内晶面间距 实验仪器: 发射器组件 接收器组件 钢直尺(1、3号) 中心平台 晶阵座 模拟晶阵 实验原理: ~ 6 ~ 任何的真实晶体都具有自然外形和各向异性的性质，这和晶体的离子，原子或分子在空间按一定的几何规律排列密切相关。 晶体内的离子，原子或分子占据着点阵的结构，两相邻结点的距离叫晶体的晶格常数。真实晶 -8体的晶格常数哟在10厘米的数量级。X射线的波长与晶体常数属于同一数量级。实际上晶体是起着衍射光栅的作用。因此可以利用X射线在晶体点阵上的衍射现象来研究晶体点阵的间距和相互位置的排列，以达到对晶体接构的了解。 本实验是仿照X射线入射真实晶体发生衍射的基本原理，用金属球制做了一个方形点阵的模拟晶体，用微波代替X射线。将微波射向模拟晶体，观察从不同晶体点阵面反射的微波相互干涉所需要的条件:布喇格方程2d sinθ ,nλ 布喇格定律将晶体的晶面间距和X射线衍射角联系起来研究晶体结构。在本实验中用一个面间距为50mm，直径10mm的金属球组成的模拟立方“晶体”来验证布喇格定律。 实验前，应先了解布喇格衍射的原理。特别是入射波必须满足两个条件，即 (1)，入射角等于反射角。 (2)，满足布喇格公式 2d sinθ,nλ 。其中d为晶面间距，θ为掠射角(入射线或反射线与反射面的夹角称为掠射角)，n为正整数，λ为入射波波长。 实验步骤: 1、 如图12.1布置实验仪器。接通信号源。 图12.1 布喇格衍射实验布置图 2、 先让晶体平行于微波光轴，即掠射角θ为零度。 3、 顺时针旋转晶体，使掠射角增大到20?，反射方向的掠射角也对应改变为20?。调节衰减 器使电流表的显示电流值适中(1/2量程，可自行调整)，记下该值。 4、 然后顺时针旋转晶体1?(即掠射角增加1?)，接收器动臂顺时针旋转2?(使反射角等于 入射角)，记录掠射角角度和对应电流表读数。 5、 重复步骤4，记录掠射角从20?到70?之间的数值于表8中。 6、 作接收信号强度对掠射角的函数曲线。计算晶面间距，并比较测出的晶面间距与实量间距 之间的误差。 7、 表8 掠射角 20? 21? 22? „„ 68? 69? 70? 电流读数