微波迈克尔逊干涉与布拉格衍射解读

二、背景介绍wk.baidu.com
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。 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
华中科技大学物理系物理实验中心
微波迈克尔逊干涉与布拉格衍射
一、开篇设问
1. 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？ 2. 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？ 3. 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？ 4. 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？
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：
A固定反射板
的偶数倍：干涉加强
的奇数倍：干涉减弱
发射喇叭
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
B可移反射板
接收喇叭
图1、迈克尔逊干涉实验原理图
三、实验原理
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。
二、背景介绍
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。
迈克尔逊以毕生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
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
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
布拉格衍射效应在半导体光电器件中的应用与发展
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。
八、相关文献
[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)597-604.
1、微波布拉格衍射实验 布拉格晶体衍射原理如图2所示
相邻晶面散射X射线发 生干涉加强的条件是
2d sin n
图2、布拉格衍射实验原理图
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。
A固定板 B移动板 接收喇叭
发射喇叭
检流计
微波信号源 图3、微波迈克尔逊干涉装置图
四、实验仪器
模拟晶体 发射喇叭 接收喇叭
检流计
微波信号源
梳片 图4、微波布拉格衍射装置图
五、实验内容
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 根据布拉格方程计算出微波波长或模拟晶体的晶格 常数。