布拉格衍射(微波干涉)
微波干涉和布拉格衍射
实验：微波干涉和布拉格衍射一、实验目的1、进一步熟悉迈可尔逊干涉原理。
2、了解微波的布拉格衍射。
3、测量微波布拉格衍射的波长。
二、实验仪器1、微波分光计。
2、模拟晶体点阵架。
3、反射板。
三、微波简介微波波长范围：1mm-1cm的电磁波（1081010A-=λ），不可见光。
本仪器发出的微波波长为32.02cm。
1．微波的特性微波是电磁波频谱中极为重要的一个波段，波长在1mm~1m之间，频率为3⨯108 ~3⨯1011Hz。
其特点为：①波长短。
具有直线传播和良好的反射特性，在通讯、雷达、导航等方面得到广泛应用。
②频率高。
周期和电子在电子管内部的电极间渡越时间相近，必须采用电磁场和电磁波理论的方法来研究它。
低频中以集中参数表示的元件，如电阻、电容、电感对微波已不适用，要改用分布参数表征的波导管、谐振腔等微波元件来代替。
③穿透性，微波可以穿透地球周围的电离层而不被反射，不同于短波的反射特性，可广泛用于宇宙通讯、卫星通信等方面。
④量子特性，在微波波段，单个量子的能量约为10-6~10-3eV，刚好处于原子或分子发射或吸收的波长范围内。
为研究原子和分子结构提供了有力的手段。
2．微波的产生和测量微波信号不能用类似无线电发生器的器件产生，产生微波需要采用微波谐振腔和微波电子管或微波晶体管。
1) 谐振腔通常为其内表面用良导体制成的一个闭合的腔体。
为提高品质因数Q，要求表面光洁并镀银。
谐振频率取决于腔体的形状和大小。
2) 体效应二极管为利用砷化镓、砷化铟、磷化铟等化合物制成的半导体固体振荡器。
载流子在半导体的内部运动有两种能态，由于器件总有边界面，且晶体杂质浓度不均匀，当外加电场为某一值时，会出现不稳定性，即产生微波振荡。
3) 微波信号的检测，需要高频响应微波二极管。
在微波范围内，二极管的结电容对整流后的信号滤波，从而在二极管两端得到一直流电压，可用微安表测量，其大小取决于微波信号的振幅。
四、 仪器介绍微波分光计：用来观察、测量微波反射、折射、干涉、衍射的仪器。
微博衍射和布拉格实验— 研究性实验报告
微波实验和布拉格衍射一、摘要本实验以布拉格衍射为研究对象，介绍了微波特性并简单介绍了实验原理和过程，对实验数据进行了处理，用一元线性回归和图示法进行分析并求不确定度，验证了布拉格衍射公式，加深了对实验原理的理解，并谈了实验的收获和体会。
二、实验目的1、了解微波特点，学习微波器件的使用。
2、了解布拉格衍射原理，验证布拉格公式并测量微波波长。
3、通过微波的单缝衍射和迈克尔逊干涉实验理解波动理论。
三、实验原理1、微波简介微波是一种特定波段的的电磁波，其波长在1mm~1m之间，频率为3⨯108 ~3⨯1011Hz，它波长短，频率高，穿透性强的特点，并且具有似光性－直线传播，反射和折射。
产生微波需要采用微波谐振腔和微波电子管或微波晶体管。
2、布拉格衍射原理在电磁波的照射下，晶体中每个格点上的原子或离子，其内部电子在外来电场的作用下做受迫振动，成为一个新的波源，向各方向发射电磁波，这些电磁波彼此相干，将在空间发生干涉。
干涉分为点间干涉和面间干涉N图5 布拉格衍射示意图从间距为d 的相邻两个晶面反射的两束波的波程差为2d θsin ，θ为入射波与镜面的夹角，由图知θsin 2d R Q Q P =+，当满足公式)3,2,1(s i n2 ==k k d λθ 时，形成干涉极大上面的式子称为布拉格条件布拉格公式的完整表述为：波长为λ的平面入射波入射到间距为d 的晶面族上，掠射角为θ，当满足条件)3,2,1(sin 2 ==k k d λθ时形成衍射极大，衍射线在所考虑的晶面反射方向上。
3、 单缝衍射微波的夫琅禾费衍射的强度分布可由公式I=220/sin u u I计算，其中a a u λθπ/sin =为狭缝宽度，λ为微波波长。
4、 微波的迈克尔逊干涉实验如图接收喇叭图4 微波干涉示意图在微波前进方向上反之一个与传播方向成45度的半透射半反射的分束板和A （固定反射板）,B （移动反射板）两块反射板，分束板将入射波分成两列分别沿A,B 传播，两列波经分束板和并发生干涉，喇叭可给出干涉信号的强度指示。
微波布拉格衍射
实验内容：1、微波源基本特性观测旋转调谐杆旋钮，改变频率，观察输入电流变化，了解固态微波信号源工作原理；改变接收喇叭短波导管处的负载与晶体检波器之间的距离，观察阻抗不匹配对输出功率的影响；也可改变频率，固定负载与晶体检波器之间的距离，观测频率的变化对输出功率的影响。
2．微波的反射将金属板平面安装在一支座上，安装时板平面法线应与支座圆座上指示线方向一致。
将该支座放置在载物台上时，支座圆座上指示线指示在载物小平台0o位置。
这意味着小平台零度方向即是金属反射板法线方向。
转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读数就是入射角，然后转动活动臂在液晶显示器上找到一最大值，此时活动臂上的指针所指的小平台刻度就是发射角。
如果此时电表指示太大或太小，应调整衰减器、固态震荡器或晶体检波器，使表头指示接近满量程。
做此项实验，入射角最好取30度至65度之间，因为入射角太大接收喇叭有可能直接接收入射波，同时应注意系统的调整和周围环境的影响。
3、布拉格衍射实验中两个喇叭口的安置同反射实验一样。
模拟具体球应用模片调得上下应成为一方形点阵，各金属球点阵间距相同。
模拟晶片架上的中心孔插在一专用支架上，将支架放至平台上时，应让晶体的中心轴与转动轴重合。
并使所研究的晶面（100）法线正对小平台上的零刻度线。
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60度之间，寻找一级衍射最大。
数据分析：1、微波源基本特性观测a)由实验观测结果知，随着功率的增大，接收到的信号越强b)随着入射波频率的增大，接收到的信号先强后弱。
当入射波频率达到接收器接受器件的固有频率时，信号达到极大值。
所以接收到的信号强度会先强后弱。
2、微波的反射（金属板）实验数据如下表：表1. 微波的反射角度测量实验数据以入射角为x轴，反射角为y轴，输入到origin里，做出图像如下：反射角（°） [2008-11-3 11:50 "/Graph1" (2454773)]Linear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error ---------------------------------------- A -0.75084 0.88581B 1.03524 0.0184----------------------------------------R SD N P----------------------------------------0.99748 0.81018 18 <0.0001 ---------------------------------------- 图1. 微波反射定律的验证由origin 数据得： 直线斜率B=1.04±0.02，相对误差为1.9% 相关系数r =0.99748 又在origin 里，对Δθ进行统计得：Δθ=0.91±0.20，相对误差为21.9% 小结： 该实验从整体上看，即直线斜率B 近似为1，且误差较小。
关于“微波实验和布拉格衍射”的实验讨论与误差分析
1
实验所测值 理论估算值 误差 分析：
2
38.4o 36.8o 1.6o
56.5o 55.5o 1.0o
68.1o 66.4o 1.7o
由上表可知， 实验所测值与理论估算值之间的误差为 1.0o ― 1.7o ，与其数据 本身相对误差较小， 在误差允许范围内，可以认为实验测量值证明了布拉格条件 的推导结果，验证了布拉格衍射公式。 2 利用 k=1 的（110）晶面测定波长 ○
1 =arccos(
2 2 n3 4 / 12 12 02 2 2cm 对晶面（110）面 d a / n12 n2
arccos(
结果对比
k 1 32.02mm ) arccos （ ）=55.5o 2d 2 2 2 10mm
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主要步骤
1、验证布拉格衍射公式 （1）估算理论值 由 a 、 估算面衍射极大入射角 。 （2）调整仪器 调整仪器使发射喇叭和接收喇叭正对， 并使电流输出接近但不超过电流表的 满度，用间距均匀的梳形叉检查晶格位置上的模拟铝球。 （3）测量峰值入射角 转动模型使（100）面或（110）面的法线与载物台刻度盘 0o 重合，调整入 射角等于入射角，找到 ，测出各级衍射极大的入射角 。 根据已知晶格常数测波长。 根据已知波长测晶格常数 a 。 2、单缝衍射实验 调整单缝衍射板的缝宽， 转动载物台使其 180o 刻线与发射臂指针一致，放上 单缝衍射板，使狭缝所在平面与入射方向垂直。 转动接收臂使使其指针指向载物台 0o 刻线，打开振荡器电源并调节衰减器 使接收电表指示接近满度而略小于满度，记下读数，转动接收臂，每 2o 记一次。 3、迈克尔逊干涉实验 实验时使 B 板从一端移动到另一端， 同时观察电表接收信号的变化并依次记 下出现干涉极大和极小时 B 板的位置 X k 。
微波干涉与布拉格衍射实验目的
微波干涉与布拉格衍射实验目的微波干涉和布拉格衍射无线电波、光波、X光波等都是电磁波。
波长在1mm到1m范围的电磁波称为微波，其频率范围从300MHz～3000GHz，是无线电波中波长最短的电磁波。
微波波长介于一般无线电波与光波之间，因此微波有似光性，它不仅具有无线电波的性质，还具有光波的性质，即具有光的直线传播、反射、折射、衍射、干涉等现象。
由于微波的波长比光波的波长在量级上大10000倍左右，因此用微波进行波动实验将比光学方法更简便和直观。
本实验就是利用波长3cm左右的微波代替X射线对模拟晶体进行布拉格衍射，并用干涉法测量它的波长。
一、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. 观测微波干涉、衍射、偏振等实验现象；3. 观测模拟晶体的微波布拉格衍射现象；4. 通过迈克耳逊实验测量微波波长。
二、实验仪器DHMS-1型微波光学综合实验仪一套，包括：X波段微波信号源、微波发生器、发射喇叭、接收喇叭、微波检波器、检波信号数字显示器、可旋转载物平台和支架，以及实验用附件（反射板、分束板、单缝板、双缝板、晶体模型、读数机构等）。
图6-12-1 DHMS-1型微波光学综合实验仪三、实验原理1. 微波的产生和接收图 6-12-2 微波产生的原理框图实验使用的微波发生器是采用电调制方法实现的，优点是应用灵活，参数调配方便，适用于多种微波实验,其工作原理框图见图6-12-2。
微波发生器内部有一个电压可调控制的VCO，用于产生一个4.4GHz-5.2GHz的信号，它的输出频率可以随输入电压的不同作相应改变，经过滤波器后取二次谐波8.8GHz-9.8GHz，经过衰减器作适当的衰减后，再放大，经过隔离器后，通过探针输出至波导口，再通过E面天线发射出去。
接收部分采用检波/数显一体化设计。
由E 面喇叭天线接收微波信号，传给高灵敏度的检波管后转化为电信号，通过穿心电容送出检波电压，再通过A/D 转换，由液晶显示器显示微波相对强度。
微波实验和布拉格衍射
微波实验和布拉格衍射【实验目的】1、了解微波的特点，学习微波器件的使用2、了解布拉格衍射的原理，利用微波在模拟晶体上的衍射验证布拉格公式并测定微波波长3、通过微波的单缝衍射和迈克尔逊干涉实验，加深对波动理论的解释【实验原理】 （1）单缝衍射与光波波一样，微波的夫琅禾费衍射的强度分布式，可由下式计算：220=sin /I I u u θ其中 错误!未找到引用源。
sin /ua πθλ，a 是狭缝宽度，错误!未找到引用源。
是微波波长。
当21sin ,0,1, 2 (2)k a k θλ时为衍射的极大。
单缝衍射示意图（2）双缝衍射微波遵守光波的干涉定律，当一束微波垂直入射到金属板的两条狭缝上，则每条狭缝就是次波源，由两缝发出的次波是干涉波，因此金属板的背面空间中，将产生干涉现象设缝宽为 a,，两缝间距为b ，则利用光学的双缝衍射的结果得到1=sinKa bλϕ，K=0、1、2...分别为中央极大，一级极大，二级极大...121=sin2K a bλϕ，K=1,2,3...分别为一级极小，二极极小....（2）布拉格衍射如图示，从间距为d 的相邻两个晶面反射的两束波的程差为2dsin θ ，θ为入射波与晶面的折射角，显然，只有满足下列条件的θ，即2sin d k θλ ，k =1，2，3…才能形成干涉极大，上式称为晶体衍射的布拉格条件。
布拉格衍射示意图【实验仪器】本实验的实验装置由微波分光仪，模拟晶体，单缝，反射板（两块），分束板等组成。
【实验内容】（1）单缝衍射实验（i ）仪器连接时，按需要先调整单缝衍射板的缝宽，转动载物台，使其上的180°刻线与发射臂的指针一致。
IOϕ（ii ）把单缝衍射板放到载物台，并使狭缝所在平面与入射方向垂直，把单缝的底座固定在载物台上。
（iii ）转动接收臂使其指针指向载物台的0°刻线，打开振荡器的电源，并调节衰减器，使接收电表的指示接近90μA ，记下衰减器和电表的读数。
实验13微波迈克尔逊干涉与布拉格衍射
测量波长调节旋钮测微头分别处于 2、3、4、5mm 时对应的微波波长。 首先调节仪器准直固定良好。打开电源，调节测微头分别处于 2、3、4、5mm。之后旋转手 轮使动反射板经过整个可动量程范围，并同时调节微波发射处的衰减旋钮使得最强信号刚好 接近满量程。单向移动反射板并每隔一毫米记录一次接收信号强度。数据如下结果：
5
0
0
0
52
5
0
0
0
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0
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0
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布拉格衍射
微波实验与布拉格衍射090243A班王涛一、摘要布拉格父子从1912 年到1914年一起研究了x射线的衍射，所以布拉格衍射原本是英国物理学家布拉格父子用 X 射线，在实际晶体物质中实现的，他们还因此获得 1915 年诺贝尔物理奖。
因为用微波来仿真晶格衍射，发生明显衍射效应的晶格可以放大到宏观尺度（厘米量级），所以在我们的实验中是用一束3cm的微波来代替X射线，以观察微波照射到人工制作的晶体模型时的衍射现象，用来模拟发生在真实晶体上的布拉格衍射，并验证著名的布拉格公式。
该实验还利用了微波分光仪完成了微波的反射，单缝衍射，双缝干涉，微波迈克尔逊干涉等实验。
近些年来，天线作为通信、广播、雷达、制导等无线电应用系统的关键设备，微带天线以它重量轻、可共形易集成、便于匹配等优点获得了更多的青睐。
随着卫星定位技术应用领域的不断拓展全球定位系统（GPS）的接收终端日益多样化，这使得GPS天线的需求也多样化。
将电磁(光子)晶体材料用于微带贴片天线，利用电磁(光子)晶体独特的频率禁带性质，在微带贴片天线中加入各种电磁(光子)晶体结构，可以多方面改善天线的性能，光子晶体结构的天线显著提高了信噪比，能够很好的接收GPS卫星信号。
From 1912 to 1914 Prague parent child study with x-ray diffraction, Bragg diffraction is originally United Kingdom physicist Prague parent child x-ray, implemented in the actual crystal material, they also won the 1915 Nobel Prize for physics. Because with microwave to simulation Crystal geyan shot, occurred obvious diffraction effect of lattice can zoom to macro scale (cm volume level), so in we of experimental in the is with a beam 3cm of microwave to instead x ray, to observation microwave irradiation to artificial making of Crystal model Shi of diffraction phenomenon, used to simulation occurred in real Crystal Shang of Prague diffraction, and validation famous of Prague formula. The experiment also utilizes a microwave spectrometer completed a microwave reflection, single-slit diffraction, double slit interference microwave Michelson interference experiment.In recent years, the antenna as communications, broadcasting, radar, guidance, and other key equipment of radio applications, microstrip antenna with itslight weight, Conformal advantages such as easy integration, easy to match gained more favor. As field of application of satellite positioning technologyand constantly expand the global positioning system (GPS) receiving terminal of growing diversity which makes GPS antenna is also diverse. Electromagnetic (photon) Crystal materials for microstrip patch antenna using electromagnetic (photon) crystal frequency band of unique properties, joined in a microstrip patch antenna electromagnetic (photon) crystal structure, multifaceted improve antenna performance, Photonic crystal structure of antenna significantly improves the signal to noise ratio, to receive a good GPS satellite signals.关键词:布拉格定律 Bragg's law，微波分光计 microwave spectrometer，立方晶格cubic lattice，晶面间距 Crystal plane spacing，光子晶体photonic crystal，GPS天线GPS antenna。
基于微波光学和布拉格衍射测量衍射角
基于微波光学和布拉格衍射测量衍射角微波光学和布拉格衍射是两种不同的光学测量技术，可以用来测量衍射角。
微波光学是一种利用微波频率的电磁波进行光学测量的技术，而布拉格衍射则是一种利用晶格结构产生的衍射效应进行测量的技术。
在本文中，我们将讨论这两种技术在测量衍射角方面的应用。
微波光学是一种利用微波频率的电磁波进行光学测量的技术。
在微波光学中，微波的电磁波性质被用来测量物体的特定特性。
微波光学通常用于测量远距离目标的特性，如雷达测距、通信系统和天文观测等。
微波光学的一个重要应用就是测量物体的衍射角，通过测量物体产生的衍射模式，可以确定物体的尺寸和形状等信息。
布拉格衍射是一种利用晶格结构产生的衍射效应进行测量的技术。
在布拉格衍射中，晶格结构的周期性排列会导致衍射效应，从而可以测量晶体的结构和性质。
布拉格衍射的原理是利用入射波和晶格间的距离以及晶格间的周期性排列来产生衍射效应，并通过衍射图案来测量晶体的性质。
衍射角是衍射现象中的一个重要参数，它可以用来描述衍射光束的偏折角度。
在微波光学和布拉格衍射中，测量衍射角是非常重要的，因为衍射角可以提供有关物体特性的重要信息。
下面将分别介绍微波光学和布拉格衍射在测量衍射角方面的应用。
在微波光学中，测量衍射角通常使用光源和接收器。
光源产生的微波在物体表面产生衍射效应后，被接收器接收到，并通过衍射图案来测量衍射角。
利用微波光学可以测量物体的表面形状和尺寸等信息，这对于工程和科研领域有着重要的应用价值。
布拉格衍射通常是利用X射线或中子束来实现的，而X射线和中子束具有波长很小的特点，能够穿透物体并与晶格结构发生相互作用，从而产生衍射效应。
通过测量晶体衍射图案中的衍射角，可以得到晶体的结构信息，包括晶胞的尺寸、原子的排列和晶体的取向等。
在实际应用中，微波光学和布拉格衍射都可以用来测量衍射角。
微波光学对于大型和远距离目标的测量有着较为广泛的应用，例如雷达测距、通信系统和天文观测等。
基于微波光学和布拉格衍射测量衍射角
基于微波光学和布拉格衍射测量衍射角微波光学和布拉格衍射技术是现代科学领域中的两大重要技术。
微波光学，顾名思义，是研究微波的光学性质的学科，其在通信、雷达、遥感等领域有着广泛的应用。
而布拉格衍射则是一种衍射现象，是由于物体表面的不规则结构引起的光的干涉现象。
本文将探讨如何基于微波光学和布拉格衍射测量衍射角，并分析其在科学研究和实际应用中的意义。
在实际应用中，微波光学和布拉格衍射技术可以用于测量物体的衍射角。
衍射角是指光通过一个物体而发生衍射时，出射光束相对于入射光束的偏离角度。
在微波光学中，可以利用基于布拉格衍射的技术来测量物体的衍射角。
具体的测量方法如下：准备一个微波源和一个接收天线，并将它们安装在一个水平面上。
然后，在微波源和接收天线之间放置一个物体，使微波通过物体并发生衍射。
接着，通过调整微波源和接收天线的位置，使得出射微波的方向与入射微波的方向之间有一个特定的角度差。
利用接收天线接收经过衍射后的微波，并测量出射光束相对于入射光束的偏离角度，即可得到物体的衍射角。
通过上述方法可以测量出物体的衍射角，并通过一定的计算方法可以得到物体的尺寸、形状等信息。
这对于科学研究和应用领域来说都具有重要的意义。
在材料科学领域，可以利用这种方法来研究材料的微观结构和性质；在雷达和遥感等领域，可以利用这种方法来确定目标的形状和大小等信息。
基于微波光学和布拉格衍射测量衍射角的技术还可以用于其他领域。
例如在医学影像学中，可以利用这种方法来研究组织结构的变化和疾病的诊断；在通信领域，可以利用这种方法来研究信号在介质中的传播特性等。
基于微波光学和布拉格衍射测量衍射角的技术在现代科学研究和实际应用中具有重要的意义。
通过对物体的衍射角进行测量，可以获取到物体的尺寸、形状等信息，这对于材料科学、医学影像学、通信等领域都具有重要的应用价值。
进一步深入研究和推广这一技术，将有助于推动相关领域的发展和进步。
布拉格衍射的极限条件
布拉格衍射的极限条件
布拉格衍射（Bragg diffraction）是物理学中一个重要的概念，它描述的是在晶体结构中的电子、中子、原子等粒子在特定条件下发生的衍射现象。
这些粒子在某些特定的晶体结构中，当它们的波长与晶体中的原子间距相近时，它们的波动性质会使得它们在晶体中发生衍射。
布拉格衍射的极限条件主要是针对电子、中子、原子等粒子的波长和晶体中的原子间距而言的。
根据布拉格衍射的原理，只有当粒子的波长与晶体中的原子间距相近时，才会发生明显的衍射现象。
因此，布拉格衍射的极限条件可以表述为：
1. 粒子的波长必须与晶体中的原子间距相近。
这个条件是布拉格衍射发生的先决条件。
在实际实验中，可以通过控制粒子的能量或者通过选择不同晶体结构来实现这个条件。
2. 晶体中的原子必须是规则排列的。
只有当晶体中的原子是规则排列的，才能形成周期性的晶格结构，从而使得粒子
的波长与晶格周期性的晶格结构发生干涉，产生明显的衍射现象。
3. 衍射角必须满足布拉格方程。
布拉格方程是描述衍射角与晶格常数、入射角、波长等参数之间关系的公式。
只有当衍射角满足布拉格方程时，才能产生明显的衍射现象。
布拉格衍射的极限条件主要包括粒子的波长必须与晶体中的原子间距相近、晶体中的原子必须是规则排列的以及衍射角必须满足布拉格方程。
这些条件共同决定了布拉格衍射是否能够发生以及衍射现象的强度和特征。
微波的布拉格衍射实验报告
班级__光电三班___________ 组别__第二组___________姓名___XXX__________ 学号_1110600095____________日期____10.30_________ 指导教师___刘丽峰_______【实验题目】微波的布拉格衍射【实验仪器】微波分析仪，固态微波振荡器电源。
【实验目的】1、了解微波的性质及其器件的使用方法。
2、了解布拉格公式的内容，利用微波在模拟晶体上的衍射验证布拉格公式。
【实验原理】1、晶体的布拉格衍射布拉格衍射需要满足一定的条件：1．不管入射角的大小如何，每一个由衍射中心有序排列构成的点阵平面，其作用犹如一个平面镜一样。
当入射角等于反射角时，反射波互相加强产生强度的最大。
在原子平面反射的情况下，角是入射或反射光束与平面的夹角，而不是像通常光学中那样，指光束与平面法线间的夹角。
2．当一束辐射照在一簇互相平行的平面上时，每一个平面将反射一部分能量，如图17.1所示，从O和Q反射的波发生相长干涉，光程差必须等于波长的整数倍，即， n=1,2,3,4… (17-1)光程NQT与MOS之差等于波长的整数倍。
公式（17-1）称为布拉格公式（或布拉格定律），它确定从晶格的互相平行的平面衍射波最强的方向。
与一般的单个平面镜反射的情况不同，对于一个已知的波长，只有一个特定的满足布拉格公式，能够形成衍射最大，而在其他角度由于相消干涉不出现衍射。
为了测量的方便，我们用通常在光学中习惯用的入射角（指入射光与法线的夹角，它是角的余角）代替（17-1）式中的，则布拉格公式可以写为， n=1,2,3,4… (17-2)这样在每一晶面族的特定方向上产生衍射极大，从实验中测得衍射极大的方向角，对于已知的波长，从布拉格公式可以求出晶面间距，经过进一步分析可以确定晶格常数；反之，若已知晶格常数，也可以由布拉格公式求出波长。
【实验内容】1．仪器调整：（1）打开固态信号源电源，先预热10分钟。
(整理)实验22微波的布拉格衍射实验.
实验2.2 微波的布拉格衍射实验微波一般是指分米波、厘米波、毫米波的电磁波，波长短、频率高，一般在300-300,000兆赫。
微波和光波都是电磁波，都具有波动性，在反射，折射、衍射、干射、偏振以及能量传递等方面均显示出波动的通性，因此用微波和用光波作波动实验所说明的波动现象及其规律是一致的，我们就是利用这一通性，模拟光学实验的基本方法，作微波布拉格衍射实验。
1913年，英国物理学家布拉格父子在研究x射线在晶面上的反射时，得到了著名的布拉格公式，从而奠定了x射线结构分析的基础；本实验用一束波长为3.202厘米的微波来代替x射线进行布拉格衍射的模拟实验。
§2.2.1实验目的通过观测模拟晶体对微波产生的布拉格衍射现象，了解微波的干涉、衍射等基本波动特性，熟悉布拉格公式，掌握模拟实验方法的基本思想及注意事项。
§2.2.2实验原理与方法一、微波的迈克耳孙干涉实验原理微波是电磁波谱中的一个波段，与光波一样会产生干涉、衍射等现象。
利用微波的迈克尔逊干涉现象可以精确地测定微波的波长。
固定发射板图2.2-1微波迈克尔孙干涉仪微波迈克尔逊干涉原理与光波迈克尔逊干涉原理相似，其装置如图2.2-1所示。
发射角锥天线发出的微波，被放置450的分光板MM( 半透射玻璃板)分成两束。
一束由MM反射到固定反射板A，另一束透过MM到达可移动反射板B。
由于A、B 为全反射金属板，两列波被反射再次回到半透射板。
A束透射、B束反射，在接收角锥相遇。
两束频率相同、振动方向一致的微波在接收角锥处相干叠加。
如果这二束波的位相差为2π的整数倍，则干涉加强；当位相差为π的奇数倍时，则干涉减弱。
假设入射的微波波长为λ，经A和B反射后到达接收角锥的波程差为δ，当满足公式：0,1,2,.....k k δλ= =±± （2.2-1）时将在接收角锥后面的指示器有极大示数。
当满足公式：0,1,2,.....2k k λδ=(2+1) =±± （2.2-2） 时，指示器显示极小示数。
微波干涉和布拉格衍射
微波干涉和布拉格衍射无线电波、光波、X 光波等都是电磁波。
波长在1mm 到1m 范围的电磁波称为微波，其频率范围从300MHz ～3000GHz ，是无线电波中波长最短的电磁波。
微波波长介于一般无线电波与光波之间，因此微波有似光性，它不仅具有无线电波的性质，还具有光波的性质，即具有光的直线传播、反射、折射、衍射、干涉等现象。
由于微波的波长比光波的波长在量级上大10000倍左右，因此用微波进行波动实验将比光学方法更简便和直观。
本实验就是利用波长3cm 左右的微波代替X 射线对模拟晶体进行布拉格衍射，并用干涉法测量它的波长。
一、 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. 观测微波干涉、衍射、偏振等实验现象；3. 观测模拟晶体的微波布拉格衍射现象；4. 通过迈克耳逊实验测量微波波长。
二、 实验仪器DHMS-1型微波光学综合实验仪一套，包括：X 波段微波信号源、微波发生器、发射喇叭、接收喇叭、微波检波器、检波信号数字显示器、可旋转载物平台和支架，以及实验用附件（反射板、分束板、单缝板、双缝板、晶体模型、读数机构等）。
三、 实验原理1. 微波的产生和接收图 6-12-2 微波产生的原理框图 图6-12-1 DHMS-1型微波光学综合实验仪实验使用的微波发生器是采用电调制方法实现的，优点是应用灵活，参数调配方便，适用于多种微波实验,其工作原理框图见图6-12-2。
微波发生器内部有一个电压可调控制的VCO ，用于产生一个4.4GHz-5.2GHz 的信号，它的输出频率可以随输入电压的不同作相应改变，经过滤波器后取二次谐波8.8GHz-9.8GHz ，经过衰减器作适当的衰减后，再放大，经过隔离器后，通过探针输出至波导口，再通过E 面天线发射出去。
接收部分采用检波/数显一体化设计。
由E 面喇叭天线接收微波信号，传给高灵敏度的检波管后转化为电信号，通过穿心电容送出检波电压，再通过A/D 转换，由液晶显示器显示微波相对强度。
微波的布拉格衍射实验原理
微波的布拉格衍射科学中要紧的事情与其说是发展新的事实，不如说是寻找出考虑这些事实的新思路----Sir William Larewance Bragg概述：1913年英国物理学家布拉格父子研究x射线在晶面上的反射时，得到了著名的布拉格公式，奠定了用x射线衍射对晶体结构分析的基础，并荣获了1915年的诺贝尔物理学奖。
衍射现象是所有波的共性，所以微波同样可以产生布拉格衍射。
微波的波长较x 射线的波长长7个数量级，产生布拉格衍射的“晶格”也比x射线衍射晶格大7个数量级。
通过“放大了的晶体”模拟晶体研究微波的布拉格衍射现象，使我们可以更直观地观察布拉格衍射现象，认识波的本质，也可以帮助我们了解晶体结构知识和x射线的晶体衍射理论，以及应用x射线衍射研究晶体结构的原理。
微波的布拉格衍射实验综合了波动学、晶体结构学的知识内容。
本实验用一束波长 3cm的微波代替x射线，观察它照射到人工制作的晶体模型时的衍射现象，用来模拟x 光在真实晶体上的布拉格衍射，验证布拉格公式，并通过精心实验设计，取得良好的验证结果。
相关知识和原理1．晶体结构晶体是原子、离子或分子在结晶过程中，按照一定的周期性在空间排列形成具有一定规则的几何外形的固体。
自然界的固体物质中，绝大多数是晶体。
晶体内部原子或分子排列的三维空间周期性结构是晶体最基本、最本质的特征，并使晶体具有均匀性、各向异性、有特定的对称性、能对x射线和电子束产生衍射效应等通性。
晶体的性质和原子在晶格中的排列的对称性有关。
描述晶体结构的基本参数有晶面，晶格常数和晶面指数。
晶面：通过晶体中原子中心的平面；晶体在自发生长过程中可发育出由不同取向、彼此相互平行的晶面。
晶面指数：是晶面在3个结晶轴上的截距系数的倒数比，表示晶面的取向，用括弧表示(n1,n2,n3)，其中n1,n2,n3为晶面指数。
这里仅介绍最简单的晶体结构，即简单立方点阵结构，如图1所示。
其（100）晶面的法线指向x轴方向，晶面指数为：n1=1，n2=0，n3=0；（110）面的法线指向沿坐标平面中正方形的对角线方向，晶面指数为：n1=1，n2=1，n3=0；（111）面的法线沿正立方体的体对角线方向，晶面指数为：n1=1，n2=0，n3=1。
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加强预习环节 加强预习环节
• 建议教师列出有助于理解和提高该实验效 果的相关参考文献； • 建议教师列出必须掌握或了解的基本题目， 要求学生做好预习，并课堂提问； • 建议教师提示学生在预习中记录下有疑问 的题目和对该实验的期望值。
参考文献
《光学》（下册），赵凯华 钟锡华，北京大学出版社； 《基础物理实验》，吕斯骅 段家忯，北京大学出版社； 《近代物理实验》，朱生传，北京大学出版社； 《费曼物理学讲义》第二卷，第２３、２４章； 《普通物理实验》，Ｈ．Ｆ．迈纳斯等著，第２５７页。
解剖仪器并说明各“器官” 解剖仪器并说明各“器官”的功能 仪器并说明各 及合理调节
• 避免学生只会测量数据而不了解实验仪器 的各个“器官”和其功能及仪器的合理调 节； • 激发学生的“研究心理”，因为这是工科 院校学生的必备素质；
图 1 微波发生器
图 2 微波接受器
强化数据处理 强化数据处理
• 培养学生科学、严谨的数据处理态度；
基本题目
了解微波的产生及其特点； 认识微波的光学性质及现实应用价值； 了解布拉格衍射的历史和原理； 认识布拉格公式并了解其物理意义；
讨论布拉格衍射实验的 讨论布拉格衍射实验的 历史和现代意义
• 集中学生们的预习精华和不同的观点，有 助于调动学生的积极性和主动性； • 刺激学生的正面参与意识和竞争意识； • 完善教师教学备课中的不足。
请大家批评指正！ 请大家批评指正！
我的建议
更换实验主题（以布拉格衍射实验为主） 加强预习环节，体现其最大价值 讨论布拉格衍射实验的历史和现代意义 解剖仪器并说明各“器官”的功能及合理 调节 • 强化数据处理的相关问题 • • • •
更换实验主题 更换实验主题
• 建议以布拉格衍射的验证为主，而在这个 过程中必须首先完成微波波长的测量，而 侧重点应该在于完成布拉格衍射实验的验 证，让学生体会到实验的完整性和科学性。
布拉格衍射(微波干涉 布拉格衍射 微波干涉) 微波干涉
房正纪
实验设备
主要问题： 主要问题：
1、少数学生不能完全 不能完全读懂光(波)路图，无法按照 不能完全 参考的光(波)路图完成实验仪器的组装； 2、大部分学生不能对仪器进行到位的 到位的调试，也不太 到位的 不太 了解仪器的各个构件及其功能； 了解 3、多数学生不知道 不知道微波的波长范围及其它相关问题； 不知道 4、数据处理中存在数据保留位数 保留位数错误和计算误差时 保留位数 丢弃tp因子。