布拉格微波衍射试验论文

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1、布拉格微波衍射试验论文.freelent）。第二章设计思路2.1测量微波波长1.调微波分光计，使两个喇叭同轴等高，且通过分光计中心，各转至0°与180°。2.把固体震荡器接上直流电源，打开电源开关之前为了防止其始电压过大，击穿微波管，应先使电源输出电压旋至最小。打开电源开关后，将电压调至9~10伏。3．晶体管检波器与微波传播波导管的匹配皆需调节。可用加大衰减的办法，先调节检波器短路活塞的位置，使指示表头达到最大。再调节微波波导管的匹配（方法同上），使之位置最佳。4．测量微波波长如图B1-5，在分光计上将喇叭(D)旋转90°，并装上动反射镜(M1)和固定反射镜(M2)，构成微波迈克尔孙干涉仪。

2、在小平台上放一玻璃板(P)，使之与微波如射方向夹角为45°。只要移动(M1)的位置，就可在检测表头上观察干涉的结果。测定连续3个极小或极大变化之间M1移动距离（相邻两个极小值或极大值时M1位移为1/2波长，并计算出微波波长。重复5次，计算其标准误差。（干涉理论可参见实验S8.3，本教材上册）2.2验证布拉格公式1．可用米尺测量模拟晶体的晶格常数d100(本实验用的模拟立方晶体晶格常数d=4cm).2．将仪器恢复为图B-4状态，适当调节衰减器使表头指针接近满量程，测量立方晶体（100）面衍射一级与二级极大值的掠射角q1与q2。掠射角从20°开始测量，转动两臂每隔1°记录依次表头读数，找出两侧的

3、一级与二级极大值的掠射角，取平均值并与计算值进行比较。2已知波长测定模拟立方晶体的晶格常数1．关闭电源休息一下，再启动微波电源继续实验。2．用（100），（110），（120）晶面族作为散射点阵面，分别测出衍射极大值的掠射角，分别计算d100。（100）面可以利用上面结果。（110）面与（120）面重复实验（二）内容中的步骤2。2.3数据与计算记录表格由同学自行设计。1．利用实验数据计算微波波长，并进行误差分析。2．验证布拉格公式并求出（100）面晶格常数与实际值d=4cm相比较。注意事项：1．每次开启电源之前，都必须将电源输出电压旋钮旋至最小。2．发射器工作电压为9~10伏，工作电压尽可能

4、取得低些，以免发射器过热。过热时停止实验休息以下。3．发射喇叭和探测喇叭有增益作用，如果装配不当，信号传输可能被破坏，因此使用过程中不得随意拆下。第三章设计方案3.1实验目的1、了解与学习微波产生的基本原理以及传播和接收等基本特性。2、观测模拟晶体的微波布拉格衍射现象。3.2实验原理微波波长从1m到0.1mm，其频率范围从300MHz～3000GHz，是无线电波中波长最短的电磁波。实验装置工作原理：图2体效应振荡器经微波三厘米固态信号电源供电，使得体效应管内的载流子在半导体材料内运动，产生微波，经调谐杆调制到所要产生的频率。产生的微波经过衰减器（可以调节输出功率）由发射喇叭向空间发射（发射信

5、号电矢量的偏振方向垂直于水平面）。微波碰到载物台上的选件，将在空间上重新分布。接收喇叭通过短波导管与放在谐振腔中的检波二极管连接，可以检测微波在平面分布，检波二极管将微波转化为电信号，通过A/D转化，由液晶显示器显示。模拟晶体的布拉格衍射实验布拉格衍射是用X射线研究微观晶体结构的一种方法。图3晶体结构组成晶体的原子可以看作处在晶体的晶面上，而晶体的晶面有许多不同的取向。如图4左方为最简立方点阵，右方表示的就是一般最重要也是最常用的三种晶面。这三种晶面分别为（100）面、（110）面、（111）面，圆括号中的三个数字称为晶面指数。一般而言，晶面指数为的晶面族，其相邻的两个晶面间距d=。微波入射

6、到该模拟晶体结构的三维空间点阵时，因为每一个晶面相当于一个镜面，入射微波遵守反射定律，反射角等于入射角，如图5所示。而从间距为d的相邻两个晶面反射的两束波的程差为，其中为入射波与晶面的夹角。显然，只是当满足（5）时，出现干涉极大。方程（5）称为晶体衍射的布拉格公式。图4布拉格衍射如果改用通常使用的入射角表示，则（5）式为（6）3.3实验仪器DHMS-1型微波光学综合实验仪一套，包括：三厘米微波信号源、固态微波震荡器、衰减器、隔离器、发射喇叭、接收喇叭、检波器、检波信号数显器、可旋转载物平台和支架，以及实验用附件（晶体模型、读数机构等）。3.4实验分析讨论实验中的误差：本实验的误差主要来自发射

7、喇叭和接收喇叭，通过实验可以明显的看到，当两个喇叭不共线时，实验结会出现较大的偏差。同时由于本实验采用的是3厘米微波，其自身的波长与实验室中的很多仪器设备的限度较为接近，容易发生干涉，衍射，也会干扰微波的测量产生影响。同时由于实验在不对称的环境下进行（一面有强，一面没有），也会对实验产生影响，但是通过近似的实验（在另一侧增加了一块黑板，是两侧近似的对称）发现测量数据并没有太大的变化，由此可知实验环境的对称性对