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布拉格微波衍射测试

衍射现象是所有波的共性,因此微波也可以产生布拉格衍射。微波的波长比X射线的波长长七个数量级,产生布拉格衍射的“晶格”也比X射线衍射晶格大七个数量级。通过“放大晶体”模拟晶体研究微波的布拉格衍射现象,使我们能够更直观地观察布拉格衍射现象,了解波的本质,也有助于我们理解X射线的晶体衍射理论。

迈克尔逊干涉仪由美国物理学家迈克尔逊和莫雷于1883年创建,用于“以太漂移实验”。在电磁理论和爱因斯坦相对论的形成之前,大多数物理学家认为光波在一种称为“以太”的物质中传播,这种物质充满了整个宇宙。迈克尔逊和莫雷试图用迈克尔逊干涉仪测量地球相对于以太的运动。他们预计这种相对运动会在仪器旋转900后观察到4/10条纹,实际观察结果小于1/100。这一结果使迈克尔逊非常失望,但他们创造了一种精度为4亿米的长度测量仪器,并使用该仪器测量仪器的长度。 1907年,迈克尔逊因“用这些仪器进行光谱学的精密光学和基本测量”的研究工作而获得诺贝尔物理学奖。

直到1905年,爱因斯坦才提出相对论,即光速是恒定的,也就是说,真空中光波的速度是相对于所有惯性参考系的相同值c。以太的想象概念完全被抛弃了。迈克尔逊莫雷的负面结果给了相对论很大的实验支持。因此,它被称为历史上最有意义的“负面结果”实验。

1.调整微波光谱仪,使两个扬声器同轴相等,并通过光谱仪的中心,每个都为0°和180°。

2.将固态振荡器连接到直流电源。在打开电源开关之前,为了防止初始电压过大而突破微波管,应首先使电源的输出电压最小化。打开电源开关后,将电压调节到9~10伏。

3.需要调整晶体管检测器与微波传播波导的匹配。增加衰减的方法可用于调节探测器的短路活塞的位置,以使指示器头最大化。重新调整微波波导的匹配(方法

与上述相同)使其成为最佳位置。

4.测量微波波长

如图b1-5所示,喇叭(d)在光谱仪上旋转90°,并安装移动镜(m1)和固定镜(m2)以形成微波迈克尔逊干涉仪。

将玻璃板(p)放在小平台上,使其与微波炉的方向成45°角。通过仅移动(m1)的位置,可以在检测头上观察到干涉的结果。确定m1在三个连续的最小或最大变化之间的移动距离(当两个最小值或最大值相邻时,m1位移为1/2波长,并计算微波的波长。重复5次以计算标准误差(干扰)理论可以在实验s8.3中找到,这本教科书)2.将仪器返回到图b-4的状态,适当调整衰减器使指针达到满量程,并测量立方晶体(100)平面的初级和次级最大值的掠射角q1和q2。掠射角从20°开始测量,每1°记录两个臂以读取头部读数,找到两侧第一和第二大值的掠角,平均并与计算值进行比较。

2了解波长以模拟立方晶体的晶格常数

1.关闭电源并休息一下,然后启动微波电源并继续进行实验。

2.使用(100),(110)和(120)晶面族作为散射晶格面,分别测量衍射最大值的掠射角,并计算d100。 (100)面可以利用上述结果。步骤(2)和(120)面对实验(2)中的重复步骤2。

2.3数据和计算

记录表由学生自己设计。

1.实验数据用于计算微波波长并进行误差分析。

2.验证布拉格公式并找到(100)面晶格常数与实际值d=4 cm相比较。

注意事项

1.每次打开电源时,必须将电源输出电压旋钮调至最小。

2.变送器的工作电压为9至10伏,工作电压尽可能低,以避免变送器过热。过热时停止实验并在下面休息。

3.发射喇叭和探测喇叭具有增益效果。如果组件不合适,信号传输可能会被破坏,因此在使用过程中不应随意移除。

第三章设计方案3.1实验目的

1.了解和学习微波产生的基本原理和传播和接收等基本特征。

2.观察模拟晶体的微波布拉格衍射现象。

3.2实验原理

微波波长范围为1m至0.1mm,频率范围为300mhz至3000ghz。它是无线电波中最短的电磁波。

实验装置工作原理

图2的体效应振荡器由微波三厘米固态信号电源供电,使得体效应晶体管内的载流子在半导体材料内移动,产生微波,由调谐杆调制到产生的频率。产生的微波通过衰减器(可以调节输出功率)从发射喇叭传输到空间(发射信号电矢量的极化方向垂直于水平面)。微波炉击中了舞台上的选项,并将在空间上重新分配。接收喇叭通过短波波导连接到放置在谐振腔中的检测二极管,并且可以检测微波

在平面分布中,检测二极管将微波转换为电信号,该电信号由a/d转换并由液晶显示器显示。

模拟晶体的布拉格衍射实验

布拉格衍射是一种使用X射线研究微观晶体结构的方法。

图3晶体结构

构成晶体的原子可以被认为是在晶体的晶面上,而晶体的晶面有许多不同的取向。图4的左侧是最简单的立方晶格,右侧是三个最常见和最常用的晶面。三个晶面是(100)平面,(110)平面和(111)平面,括号中的三个数字称为晶面指数。通常,晶面指数是晶面族,两个相邻晶面之间的间距d=

当微波入射到模拟晶体结构的三维晶格上时,由于每个晶面对应一个镜面,入射微波服从反射定律,反射角等于入射角,如图所示。图。从相邻的两个晶面反射的两个波之间的差异是间距d

,其中

它是入射波和晶面之间的角度。显然,只是满意的时候

(5)

当有很大的干扰。等式(5)称为晶体衍射的布拉格公式。

图4布拉格衍射

如果切换到通常的入射角

说,然后(5)是

(6)

3.3实验仪器

一套dhms-1微波光学综合实验仪,包括三厘米微波信号源,固态微波振荡器,衰减器,隔离器,传输喇叭,接收喇叭,探测器,检测信号数字显示,可旋转负载平台和支架,以及实验配件(水晶模型,阅读机制等)。

3.4实验分析讨论

实验中的错误这个实验的错误主要来自传输喇叭和接收喇叭。通过实验可以清楚地看出,当两个角不共线时,实验结将具有大的偏差。同时,由于本实验采用3 cm微波,其自身波长接近实验室中许多仪器的极限,容易干扰,衍射也会干扰微波的测量。同时,由于实验是在不对称的环境中进行的(一侧是强侧,一侧不是),它也会对实验产生影响,但通过近似实验(在另一侧添加黑板) ,这是两边的对称性),测量结果被发现。数据变化不大,并且已知实验环境的对称性对实验没有太大影响。

(mm)

λI=| L3-L1 |

1

69.628

52.201

33.671

35.957

第2

65.401

47.271

30.097

35.304

第三次

64.479

46.623

29.527

34.952

第四

54.089

35.852

17.752

36.337

布拉格微波衍射测试

布拉格微波衍射测试

第5

65.702

47.978

30.832

34.870

第六次

53.852

35.861

17.979

35.873

\ * MERGEFORMAT

35.549

标准差

\ * MERGEFORMAT=0.242

4.2验证布拉格公式

掠角

衍射强度

掠角

衍射强度

掠角

衍射强度

掠角衍射图案

4.3110水晶验证

主要最大值110

\ * MERGEFORMAT

\ * mergeformatmm

\ * mergeformatmm

结论

通过这个实验,我学会了布拉格衍射的原理,并且我也初步了解了迈克尔太阳的干涉测量。在这个实验中,我学会了一种测量布拉格衍射的方法。对我来说,这个实验非常成功。由于在实验中两个挡板彼此垂直放置,因此对结果有一定的影响,但在允许的误差范围内。通过迈克尔太阳干涉原理测量微波波长的实验非常成功,实验结果λ=35mm也非常接近测试仪器的参数。在实验过程中,我仍然总结了以下经验。1确保水晶的中心与舞台的中心一致。接收喇叭和发射喇叭水平面对,下侧是水平的,确保极化方向,确保最强的微波强度。虽然在实验中仪器存在一些问题,但获得了正确的结果。


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