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微波光学实验 实验目的： 1．了解微波分光仪的结构，学会调整它并能用它进行实验。 2．进一步认识电磁波的波动性，测量并验证反射、单缝衍射和双缝干涉的规律。 实验器材：见讲义 微波分光仪 微波和光波都是电磁波，都具有波动性，能产生反射、衍射、干涉及折射等现象。微波的波长在一毫米到一米之间，在电磁波谱中其短波长一端与远红外光波相连接，在长波长一端与超高频无线电波相连接。许多可见光和其他波长的电磁波的性质，都可以用微波来再现，只是由于波长不同，波动现象的尺度不同而已。利用微波代替光波来进行实验直观、方便的多。 实验原理：见课本 1. 2.单缝衍射 由微波分光仪的发射天线发出的微波是在一定范围内的平面波，当平面波入射到缝宽为的单缝上就会发生衍射，在不同方向上可以由接收天线接收到不同强度的微波，在各衍射方向上的微波可以看作是这个方向上小范围内的平面波，接收天线将其汇聚到一起来。因此可以认为这种衍射是夫琅和费衍射。 单缝夫琅和费衍射的光强分布光强为： 当衍射角=0时，衍射波的强度最大，称为中央极强，它有一定的宽度。在中央极强两侧，衍射波的强度迅速减小，直至出现衍射波强度的极小值，即一级极小。可以证明正一级极小的衍射角为：。同样，负一级极小的衍射角为：。如果定义两个一级极小之间的夹角为中央极强的角宽度，则中央极强的角宽度为：。 我们还可以证明各级极小的衍射角满足： k=1,2，3， …… 分别称为一级极小，二级极小，三级极小，……。 除中央极强外，其余各级衍射极大的衍射角近似满足： k‘=1，2，3 …… 分别称为一级极大，二级极大，三级极大，……。 3.双缝干涉 实验步骤：见讲义 1．调整发射天线使其和接收天线对正。转动刻度盘使其1800的位置正对固定臂（发射天线）的指针，转动可动臂（接收天线）使其指针指着刻度盘的0°处，使发射天线喇叭与接收天线喇叭对正。 2．将单缝衍射板的缝宽调整为40mm左右，将其安放在刻度盘上，衍射板的边线与刻度盘上两个90°对齐。 3．打开电源开关，依次微调发射喇叭、衍射板、接收喇叭，使衍射强度分布的中央极大位于0°；调节发射和接收衰减器，使中央极大值的信号电平处于80—90μΑ；在500的范围内转动接收天线，观察衍射强度分布，认为分布合理后开始测量。 4．将微波分光仪的活动臂转到衍射角为+500后开始读数，衍射角每改变2°读取一次微安表的读数并作好记录，一直读到衍射角为-50°。 5．调整好双缝衍射板的参数与（根据本实验的实际，可取=30mm，100mm），将其安放在刻度盘上，衍射板的边线与刻度盘上两个90°对齐。 6．类似于步骤3、4进行仪器的调节和测量。只是对双缝衍射的测量是每改变1°读取一次表头读数。 7．分别作出单缝衍射和双缝衍射的相对强度与衍射角的关系曲线（以衍射角为横轴，电流值为纵轴），确定出各级极大和极小衍射角的实验值。 8．利用实验测出的缝宽和波长，计算对应的各级极小和极大的衍射角的理论值，并与实验值比较，作出实验结论。 注意事项 1．衰减器调整要适当，太小则观察不便，太大则可能使电流表指针满偏。 2．单缝衍射实验时每隔2°记录一次，双缝衍射时每隔1°记录一次。 3．为保证实验结果能与理论结果进行比较，开始测量前要反复调整仪器、观察衍射强度分布，尽可能将中央极??值的位置调整在00处。 问题讨论 1．本实验为什么属于夫琅和费衍射？ 2．双缝衍射与双缝干涉有何异同？ 3．实验中，中央极大的位置对得出实验结论有何意义？如何才能调整好中央极大的位置？