微波分光仪实验.doc

微波分光仪实验 布拉格衍射实验 1）目的： 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。真实晶体的晶格常数约在10-8厘米的数量级。X射线的波长与晶体的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，以达到对晶体结构的了解。 2）原理 本实验是仿照射线入射真实晶体发生衍射的基本原理，人为的制作了一个方形点阵的模拟晶体，以微波代替射线，使微波向模拟晶体入射，观察从不同晶面上点阵的反射波产生干涉应符合的条件。这个条件就是布拉格方程，即当微波波长为的平面波入射到间距为a（晶格常数）的晶面上，入射角为，当满足条件时（为整数），发生衍射。衍射线在所考虑的晶面反射线方向。在一般的布拉格衍射实验中采用入射线与晶面的夹角（即通称的掠射角），这时布拉格方程为。我们这里采用入射线与晶面法线的夹角（即通称的入射角），是为了在实验时方便。 3）系统构建 系统布置如图1所示。模拟晶体球应用模片调得上下左右成为一方形点阵，模拟晶体架上的中心孔插在支架上与度盘中心一致的一个销子上。当把模拟晶体架放到小平台上时，应使模拟晶体架晶面法线一致的刻线与度盘上的0刻度一致。为了避免两喇叭之间波的直接入射，入射角取值范围最好在30度到70度之间。 图1 布拉格衍射实验系统构建图 4）实验操作 先把模拟晶体架晶面法线与入射线调为30度（此为起始角度），活动臂与入射线调为60度。逆时针匀速转动DH926B型微波分光仪的圆盘改变入射角，要求一次转动10度。然后逆时针匀速转动活动臂，要求一次转动20度。如此交替转动直到入射线与活动臂成140度。随着活动臂的移动改变相应的反射角，表头显示的电压值也相应的改变。按照不同的入射角和相应的反射角分别记录相应的电压值，然后，绘制布拉格衍射曲线。 极化波的产生/检测 1）原理 波的极化是用以描述电场强度空间矢量在某点位置上随时间变化的规律。无论是线极化波、圆极化波或椭圆极化波都可由同频率正交场的两个线极化组成。若他们同相（或反相）、等幅（或幅度不等）其合成场的波认为线极化波；若它们相位相位差为90°，即△φ=±90°，幅度相等，合成场波为右旋或左旋圆极化波；若它们相位差为0〈△φ〈±90°，幅度相等（或幅度不等），合成场波为右旋或左旋椭圆极化波。 DH30003型栅网组件是由两个栅条方向相差90°的栅网组成。栅网（见图2）是在一金属框架上绕有一排互相平行的金属丝，以反射平行金属丝的电场，DH30003型栅网组件与DH926B型微波分光仪组合使用可获得圆极化波。 图2 DH30003型栅网组件 图3栅网实现波极化的原理图 图3所示，Pr1为垂直栅网，Pr2为水平栅网，当辐射喇叭Pr0转角45°后，辐射波的场分为E∥与E⊥两个分量，Pr1则反射E⊥分量，而 E∥分量透过垂直栅网被吸收；Pr2则反射E∥分量，而 E⊥分量透过水平栅网被吸收。这是转动接收喇叭Pr3，当Pr3喇叭E面与垂直栅网平行时收到E⊥波。经几次调整辐射喇叭Pr0的转角使Pr3接收到的|E∥|=|E⊥|，实现了圆极化的幅度相等要求。然后接收喇叭Pr3在E⊥与E∥之间转动，将出现任意转角下的|Eα|≤|E∥|（或|E⊥|）。这时改变Pr2水平栅网位置，使Pr3接收的波具有|Eα|=|E∥|=|E⊥|，从而实现了E∥与E⊥两个波的相位差为±90°，得到圆极化波。 由于测试条件所限，|Eα|与|E∥|、|E⊥|不可能完全相等，Pr3转角0°～360°时，总会出现检波电压的波动，这时虽有Emin/Emax∝≥0.93，即椭圆度为0.93。可以认为基本上实现了圆极化波的要求。 2）系统构建 如图4，使DH926B型微波分光仪两喇叭口面互成90°，半透射板与两喇叭轴线互成45°，将读数机构通过它本身上带有的两个螺钉旋入底座上相应的旋孔，使其固定在底座上。 图4栅网实验系统构建图 4）实验操作 首先，调整测试设备的的转角d，使分别接收的和幅度相等，这时，同时的口面垂线彼此相垂直。其次改变,使处于任何转角时，其接收的场幅度不变，找到处，可获得圆极化波。 圆极化波左旋/右旋 1）装置简介 电磁波极化天线是由方圆波导转换、介质圆波导和圆锥喇叭连接而成。 介质圆波导可做360o旋转，并有刻度指示转动的角度，当TE10波经方圆波导转换到圆波导口面时则过渡为TE11波，并在介质圆波导内分成两个分量的波，即垂直介质片平面的一个分量和平行介质面的一个分量。适当调整介质圆波导（亦可转动介质片）的角度使两个分量的幅度相等时则可得到圆极化波。 当圆极化波辐射装置方圆波导（如图5）