微波光学实验实验报告.docx

近代物理试验报告微波光学试验1指导教师：得分：试验时间： 2023 年 11 月 23 日， 第 十三 周， 周 一 ， 第 5-8节试验者： 班级材料 0705学号202367025姓名童凌炜同组者： 班级试验地点：材料 0705综合楼学号503202367007姓名车宏龙试验条件： 室内温度， 相对湿度%， 室内气压试验题目：微波光学试验试验仪器：注明规格和型号微波分光仪， 反射用金属板， 玻璃板， 单缝衍射板试验目的：1. 了解微波分光仪的构造,学会调整并进展试验.2. 验证反射规律3. 利用迈克尔孙干预仪方法测量微波的波长4. 测量并验证单缝衍射的规律5. 利用模拟晶体考察微波的布拉格衍射并测量晶格数试验原理简述：1. 反射试验电磁波在传播过程中假设遇到反射板,必定要发生反射.本试验室以一块金属板作为反射板,来争辩当电磁波以某一入射角投射到此金属板上时所遵循的反射规律。2. 迈克尔孙干预试验在平面波前进的方向上放置一块 45°的半透半反射版,在此板的作用下,将入射波分成两束,一束向A 传播,另一束向B 传播.由于 A,B 两板的全反射作用,两束波将再次回到半透半反板并到达接收装置处,于是接收装置收到两束频率和振动方向一样而相位不同的相干波,假设两束波相位差为 2 的整数倍,则干预加强;假设相位差为 的奇数倍,则干预减弱。3. 单缝衍射试验如图,在狭缝后面消灭的颜射波强度并不均匀,中心最强,同时也最 宽,在中心的两侧颜射波强度快速减小,直至消灭颜射波强度的最小值,即一级微小值,此时衍射角为 =arcsin(/a).然后随着衍射角的增微波光学试验2大衍射波强度也渐渐增大,直至消灭一级衍射极大值,此时衍射角为=arcsin(3/2*/a),随着衍射角度的不断增大会消灭其次级衍射微小值,其次级衍射极大值,以此类推。4. 微波布拉格衍射试验当X 射线投射到晶体时,将发生晶体外表平面点阵散射和晶体内部平面点阵的散射,散射线相互干预产生衍射条纹,对于同一层散射线,当满足散射线与晶面见尖叫等于掠射角 时,在这个方向上的散射线,其光程差为 0, 于是相干结果产生极大,对于不同层散射线,当他们的光程差等于波长的 整数倍时,则在这个方向上的散射线相互加强形成极大,设相邻晶面间距 为 d,则由他们散射出来的 X 射线之间的光程差为 CD+BD=2dsin,当满足2dsin=K,K=1,2,3时,就产生干预极大.这就是布拉格公式,其中 称为掠射角, 为X 射线波长.利用此公式,可在d 已测时,测定晶面间距;也可在d 时,测量波长 ,由公式还可知,只有在 <2d 时,才会产生极大衍射试验步骤简述：1. 反射试验1.1 将微波分光仪放射臂调在主分度盘180°位置,接收臂调为 0°位置.1.2 开启三厘米固态信号放射器电源,这时微安表上将有指示,调整衰减器使微安表指示满刻度.1.3 将金属板放在分度小平台上,小分度盘调至 0°位置,此时金属板法线应与放射臂在同始终线上,1.4 转动分度小平台,每转动一个角度后,再转动接收臂,使接收臂和放射臂处于金属板的同义词,并使接收指示最大,登记此时接收臂的角度.1.5 由此,确定反射角,验证反射定律,试验中入射角在允许范围内任取 8 个数值,测量微波的反射角并记录.2. 迈克尔孙干预试验2.1 将放射臂和接收臂分别置于 90°位置,玻璃反射板置于分度小平台上并调在 45°位置,将两块金属板分别作为可动反射镜和固定反射镜.2.2 两金属板法线分别在与放射臂接收臂全都,试验时,将可动金属板 B 移动到导轨左端,从这里开头使金属板缓慢向右移动,依次记录微安表消灭的的极大值时金属板在标尺上的位置.2.3 假设金属板移动距离为L,极大值消灭的次数为 n+1 则, n()L ,=2L/n 这便是微波的波长,再令金属2板反向移动,重复上面操作,最终求出两次所得微波波长的平均值.3. 单缝衍射试验3.1 预先调整好单缝衍射板的宽度(70mm),该板固定在支座上,并一起放到分度小平台上,单缝衍射板要和放射喇叭保持垂直,3.2 然后从衍射角 0°开头,在单缝的两侧使衍射角每转变 1°,读一次表头读数,并记录.微波光学试验5由于本试验的单缝衍射版的最小值,衍射角度不能过大,同时考虑到第一级衍射极大值的强度比中心极大值的强度弱很多,隐刺将本试验分成两段,第一段从-30°30°,其次段从 30°50°.3.3 画出两段的 I - 试验曲线图,依据微波波长和缝宽,算出第一级微小和一级极大的衍射角与曲线上求得的结果进展比较4. 微波布拉格衍射试验4.1 用微波代替X 射线验证布拉格公式,必需制作一个模拟晶体,使晶格常熟略大于微波波长.模拟晶体是由直径10mm 的金属球做成的立方晶体模型,相邻球距为40mm,这些金属球就相当于晶体点阵中的粒子,试验时,将模拟晶体放在分度小平台上.4.2 首先令分度小平台指示在 0°位置,这样晶体(100)面与放射臂平行,固定臂指针指示的是入射角;活动臂指针指示的是经晶体(100)面反射的微波的反射角.4.3 转动分度小平台,转变微波的掠射角,掠射角的测量范围 15°35°,45°60°,保证散射角与掠射角相等, 分度小平台每次转动 1°,读取接收检波电流I 值,再绘出 I - 曲线图.从试验曲线上求出极大值 角大小, 然后与理论公式计算出来的衍射角相比较(取 K=1,d=40mm,=32.02mm),计算其偏离程度,并分析其缘由原始数据、 数据处理及误差计算：1.n反射试验数据in/degreeout/degreenin/degreeout/degree1202355558230306606534043.5770744505388080从上面的试验数据看出， 微波的入射角in 和反射角out 在误差允许的范围内可认为是相等的， 少数的偏差可能是由于微波易受外界干扰所致。因而可以认为， 微波也是符合反射定律的。2.迈克尔逊干预试验数据1. 正向 070mm， 记录极大值消灭的位置13.42mm31.44mm48.00mm2. 反向 700mm， 记录极大值消灭的位置64.61mm64.18mm48.30mm31.49mm14.09mm正向消灭的三次极大值之间的间距分别为18.02mm， 16.56mm， 16.16mm， 间距的平均值为 L1=17.063mm在这个间距内， 极大峰只在首尾各消灭了一次， 因此 1=2*L1=34.126mm反向消灭三次极大值之间的间距分别为 15.88mm， 16.81mm， 16.59mm间距的平均值为 L2=16.427mm同样， 在这个间距内， 极大峰首尾各消灭一次， 因此2=2*L2=32.854mm两次波长的平均值为 =33.49mm， 与仪器给出的标定波长 32.02mm 较为接近， 可认为微波的迈克尔逊干预是符合定律并且波长测量时可信的。3. 单缝衍射试验数据试验数据过多， 故这里略去， 详见附表的原始数据。 只给出转换以后的 I- 试验曲线图和相关峰值。-图片见附页 1-可见， 中心衍射峰消灭在-1°， 而第一级衍射峰分别消灭在-45°和 43°而依据理论的第一极大值衍射角计算公式=arcsin(3/ */ )， 以及波长=32.02mm， 单缝宽 a=70mm， 可2a以得到，理论的两个第一极大衍射角为±43.325°，与试验测得的结果相近，除去干扰造成的误差影响， 可以认为， 微波也符合单缝衍射规律。4. 微波布拉格衍射试验数据试验数据略去， 依据数据作出的 I- 关系图如下， 依据掠射角的范围分成两段：从图中可以读出的两个极大值对应掠射角为 1=23°，2=53°极大的衍射峰消灭位由于过大而被略去èø而依据理论计算公式q = arcsinæ Kl ö ， 代入相关数据， 可以得到理论的极大值衍射角为ç 2d ÷1=23.59°，2=53.17 这时分别取 K=1 和 2比照理论值， 可见试验中得到的测量值偏离理论值很小， 试验测量的结果是牢靠的。少量偏移误差的存在， 可以认为是由于试验中微波的放射以及传播过程受到外界因素的干扰所致。思考题， 试验感想， 疑问与建议：试验中觉察有两个因素可能导致结果消灭误差：一个是干扰因素， 微波本身很简洁受到干扰， 其次， 试验仪器的开放程度很大， 试验人员很简洁在操作过程中遮挡了微波传播的路径而造成结果不准确。另一个是仪器设计上的缺陷， 仪器中， 玻璃片、 金属板都是手动通过螺栓固定到底座上的， 虽然底座上有刻度可以对准小分度盘， 但是不能保证底座上的金属板的反射面法线和这个刻度垂直或平行， 只能凭肉眼对正， 则肯定会留下误差。 期望这一点能够在仪器上得以改进， 比方承受在固定部位加工出定位销， 得以锁定位置。原始记录及图表粘贴处：见附页微波光学试验7， 各30的0-中-5途为 故分图 ， 将 同故 不， 度大 精很 标距 坐差 纵值 的峰 段于 每由 且， 而图 。意 ， 系示 段 关三 对I- 0 相为 5有，没03示 ， 间所 0之0图 3值如 3峰-