微波迈克尔逊干涉与布拉格衍射解读.ppt

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1、近代物理实验微波迈克尔逊干涉与布拉格衍射微波迈克尔逊干涉与传统的光波迈克尔逊干涉有何本质区别？微波布拉格衍射与晶体中的布拉格衍射有何本质区别？要实现微波布拉格衍射，其模拟晶体的晶格常数应该在什么量级？模拟晶格中有多个晶面，微波布拉格衍射实验过程中是否可以同时观测到多个晶面发生衍射？为什么？微波迈克尔逊干涉得到的微波波长值与波导测量线测得的微波波长值是否一致？一、开篇设问1907年诺贝尔物理学奖授予芝加哥大学的迈克尔逊以表彰他对光学精密仪器及用之于光谱学与计量学研究所作的贡献。二、背景介绍迈克尔逊以毕生

2、精力从事光速的精密测量。他发明了一种用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉仪—迈克尔逊干涉仪，在研究光谱线方面起着重要的作用。1887年他与美国物理学家莫雷合作，改进实验装置，否定了“以太”的存在，动摇了经典物理学的基础，为狭义相对论的建立铺平了道路1915年诺贝尔奖授给W.H.布拉格和W.L.布拉格父子俩，以表彰他们在的杰出用X射线研究晶体结构方面所作出贡献。二、背景介绍1912年，W.L.布拉格在德国物理学家M.von劳厄发现X射线通过晶体产生衍射的基础上， 进行了一系列实验，1913年提出布拉

3、格公式。 他们父子二人研究出晶体结构分析的方法，从理论及实验上证明了晶体结构的周期性和几何对称性，奠定了X射线谱学及X射线结构分析的基础，从而为深入研究物质内部结构开辟了可靠的途径三、实验原理微波波长通常划定范围为1mm-1m。众所周知，迈克尔逊干涉实验传统上是用可见光来进行的，而布拉格衍射则是英国物理学家布拉格父子用X射线在实际晶体中实现的。本实验是上述两个著名实验在微波领域的拓展，因此，通过该实验可以很直观地理解迈克尔逊干涉和布拉格衍射实验。三、实验原理1、微波迈克尔逊实验的偶数倍：干涉加强的

4、奇数倍：干涉减弱A固定反射板B可移反射板发射喇叭接收喇叭图1、迈克尔逊干涉实验原理图A板固定，B板移动，到接收喇叭电流计表头从一次极小变到又一次极小时，则B板移动/2的距离，由此可求得平面波的波长接收喇叭接收到两列同频率、同振动方向的微波，当两列波的位相差为：三、实验原理1、微波布拉格衍射实验相邻晶面散射X射线发生干涉加强的条件是图2、布拉格衍射实验原理图布拉格晶体衍射原理如图2所示四、实验仪器本实验采用北京大华无线电仪器厂生产的DH926B型微波分光仪，结构图如图3、4所示。图3、微波迈克尔逊干涉

5、装置图接收喇叭发射喇叭B移动板A固定板微波信号源检流计四、实验仪器图4、微波布拉格衍射装置图接收喇叭发射喇叭模拟晶体梳片微波信号源检流计1、测量微波迈克尔逊干涉过程中B板每次移动的位移值及对应的接收信号强度，要求B板移动每次以尽可能小（如1mm）的步长移动，但总移动距离应尽可能大，使干涉极大和极小出现的次数多些。然后用不同级的干涉极大或极小根据公式求微波波长。2、在不同衍射角观测微波对模拟晶体的布拉格衍射信号强度，并做出衍射信号强度随角度的变化曲线图，再利用图确定衍射峰的位置（角度），然后根据布拉格方

6、程计算出微波波长或模拟晶体的晶格常数。五、实验内容六、设计案例1、孙艳玲，迈克尔逊干涉原理在表面形貌测量中的应用研究，传感器与微系统，2006，25（7）:52-54.2.恩德等，集成光学迈克尔逊干涉型加速度地震检波器，中国激光，2005，32(3):399-403七、最新进展1、为了改善以量子效应为基础的半导体光电子器件的电学和光学特性，利用X射线双晶衍射技术来检测器件的生长结构参数，以便予以控制和优化。布拉格衍射效应在半导体光电器件中的应用与发展2、分布布拉格反射激光器在半导体激光器内部建立一个布

7、拉格光栅结构，用光栅代替激光器的腔面来分布式地反馈光。七、最新进展3、可调波长DFB/DBR激光器基本工作原理也是以布拉格衍射效应为基础，通过改变注入到布拉格光栅区的电流，(根据等离子体效应)使光栅区的有效折射率发生改变，其布拉格波长也就会有相应的移动。4、光纤布拉格光栅(FBG)采用全息曝光技术在光纤上制作各种波长的布拉格光栅。[1]唐超群主编近代物理实验讲义2008.2[2]王圩，半导体微结构物理效应及其应用讲座-第1讲布拉格衍射效应在半导体光电子器件中的应用与发展，物理，2004，33(8)59

8、7-604.八、相关文献