每天发现一点点！
当前位置： >
晶体声光调制实验报告
篇一：实验十三 晶体声光效应与声光调制实验 实验十三 晶体声光效应与声光调制实验 当光波通过受到超声波扰动的介质时会发生衍射现象，这种现象被称为声光效应，它是光波与介质中声波相互作用的结果。声光效应可以用于控制激光束的频率、方向和强度，利用声光效应制成的各种声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信息处理和集成光通信技术等方面有着重要的应用。 一、实验目的 1. 掌握声光效应的原理和实验规律； 2. 观察喇曼-奈斯（Ranman―Nath）衍射的实验条件和特点； 3. 利用声光效应测量声波在介质中的传播速度； 4. 测量声光器件的衍射效率和带宽； 5. 了解声光效应在新技术中的应用； 二、实验原理 当超声波在介质中传播时，将引起介质的弹性应变作时间上和空间上的周期性变化，并且导致介质的折射率也发生相应的变化。当光束通过有超声波的介质后就会产生衍射现象，这就是声光效应。有超声波传播的介质如同一个相位光栅。根据超声波频率的高低或声光相互作用长度的长短，可以将光与弹性声波作用产生的衍射分为两种类型，即喇曼―奈斯型衍射和布拉格型衍射。 1. 喇曼－奈斯衍射 当超声波频率较低、声光相互作用距离较小时，即 ?2 l?s 20 平面光波沿z轴入射，就相当于通过一个相位光 栅，将产生喇曼－奈斯衍射，如图2所示。 根据相关理论可以证明以下结论： （1）各级衍射角θ满足下列关系： sin??m??0
（1）s其中，λ0为入射激光波长，λs为超声波波长，m=0，±1，±2，±3，?。 （2）各级衍射光强与入射光强之比为： Im2?Jm(?)（2） I入 其中，Jm(?)为m阶贝塞尔函数，?? 光强是对称分布的。 （3）各级衍射光的频率由于产生了多普勒频移而各不相同，各级衍射光的频率为2??022(?)?J??)，所以零级极值两侧的?L。因为Jmm(?0?m?s。 2．布拉格衍射 当超声波频率较高，声光相互作用距离较大，满足 l?2?2 s ? 并且光束与声波波面间保持一定的角度入 射时，将产生布拉格衍射。这种衍射与晶体 对故称为布喇格X光的布喇格衍射很类似， 衍射。能产生这种衍射的光束入射角称为布 喇格角。此时有超声波存在的介质起体积光 栅的作用。布拉格衍射的特点是： （1）理想情况下，只出现零级和＋1级衍射或－1级衍射。 （2）若参数合适、超声功率足够大，入射光功率几乎可以全部转换到＋1级或－1级上。 （3）产生布拉格衍射的入射角θB满足关系： sin?B??0 （3） 2?s （4）1级衍射光强与入射光强之比为： I112??sin2[(?nL)]
（4） I?2? 3．声光调制：无论是喇曼－奈斯衍射还是布拉格衍射，都可以通过改变超声波的强度而改变衍射光的强度。所以可以把调制信号加在超声波功率放大级，以达到光强调制的目的。 4．声光偏转：无论是喇曼－奈斯衍射还是布拉格衍射，都可以通过改变超声波的频率而改变衍射光的偏转方向。若对超声频率固定的超声发生器实现“开关”功能，在“开”时由于产生衍射，+1级或-1级衍射光存在，在“关”时，衍射光不存在，就可实现“声光开关”功能。一般“声光开关”运用的是布拉格衍射。
三、实验仪器 LOSG-Ⅱ型晶体声光效应实验系统的组成如图1所示，主要包括光路部分和声光效应实验仪两部分。光路部分包括He-Ne激光器，激光器电源，声光器件，精密旋转台，导轨，白屏等；实验仪包括超声波信号(本文来自： 博 旭 范文 网:晶体声光调制实验)源，脉冲方波产生器，光电池、光功率计，脉冲信号解调器等。实验时，需另配频率计和双踪示波器。 主要部件的技术指标： 1．He-Ne激光器：波长 632.8nm，功率 2mw。 2.声光器件：工作波长 633nm，中心频率100MHz±0.5 MHz，衍射效率 ≥40%，脉冲重复频率≥1MHz。 3．高频超声信号源： 工作频率80―120MHz，输出功率约为700mw； 调制脉冲频率≤10KHz，TTL接口； 4．脉冲方波产生器：工作频率0.5～2KHz，TTL接口。
四、实验内容及步骤 1．观察喇曼―奈斯衍射现象 按照图1所示安置好有关部件：把激光器、精密旋转台、白屏等一字排列在轨道上，声光器件固定在精密旋转台上；将激光器电源连接到激光器；把声光效应实验仪的超声功率输出用电缆连接到声光器件；“等幅/调幅”开关放在等幅位置，“光功率/解制”开关置于光功率（参看实验仪的面板图）。 打开He－Ne激光器电源，调整声光器件在光路中的位置和光的入射角度，使光束穿过声光器件，照射在白屏上。 打开声光效应实验仪的电源（注意在未连接声光调制器之前，不能开启电源）仔细调整声光器件在光路中的位置和光的入射角度，调整信号源输出功率至最大（直流电流表指示最大）同时调节信号源输出频率，使光屏上显示的光点最多。出现喇曼－奈斯型衍射，使之达到最佳状态。分别改变信号发生器的功率和频率，观察衍射现象的变化，记录实验现象。 2．测量超声波长λS和声速υS 如图4所示，测量光屏上0级和一级衍射光点之 间的距离a，声光器件与光屏之距离L，计算一级衍射 角?，??sin??a，
依据（1）式有： L ????s?0?0?0L （5） asin?? 0其中，He－Ne激光器波长λ 式即可求得λs。又因为： =632.8nm，m = 1，代入上 vs??sfs （6） 式中fs为超声信号源的频率，可用频率计测量，这样就可求得声速vS。 具体测量如下： 在80―120MHz之间，每隔约5MHz测一次，记录-1和+1级之间的间隔，即2a。以fs为横坐标、2a为纵坐标作图。对实验点坐线性拟合，求其斜率，由此计算调制晶体中的声速vs。 3．测量声光器件的衍射效率 在喇曼－奈斯衍射条件下，一级衍射光的效率为： ??I1（7） I? 其中，I1为±1级衍射光强，Iλ为入射光强。 将光电池插入实验仪的“光电池”插座，将功率计调零；再把光电池置于声光器件前面，让光束对准光电池的入射孔，此时光功率计的读数即为入射光强Iλ。然后再将光电池置于白屏前面，光电池入射孔对准一级衍射光点。由光功率计读出一级衍射光强I1。按 （7）式计算衍射效率η。 4．测量声光器件的带宽和中心频率 声光器件有一个衍射效率最大的工作频率,此频率称为声光器件的中心频率,对于其它频率的超声波,其衍射效率将降低，一般认为衍射效率(或衍射光的相对光强)下降3dB(即衍射效率降到最大值的1时)两频率的间隔为声光器件的带宽。 做这项实验时，将频率计的输入与实验仪的“测频”插座连接，测量超声信号源的频率。调节超声波的频率，用功率计测量各频点对应的一级衍射光强和入射光强。由于一级衍射光点的位置随频率的改变而改变，所以在测试过程中必须相应调整光电池的位置，使其入射孔始终对准一级衍射光。求得衍射效率与超声波频率的关系曲线，定出声光器件的带宽和中心频率。 5．观测利用声光效应的信息传输实验 将实验仪的“等幅/调幅”开关置于调幅，“功率计/解调”开关置于解调，“调制频率监测”和“解调监测”分别连接双踪示波器的X输入和Y输入。开启实验仪的电源，这样加到声光器件上的信号变成经脉冲方波调制的超声波，经过声光相互作用，传输到接受端。调节“调制频率”并控制“音量”，可由双踪示波器上观测调制频率和解调频率及其变化，并且由仪器内置的扬声器收听变化的音调。 注意：信息传输是利用衍射光，所以必须使光电池的入射孔对准一级衍射光。
五、注意事项 1．高频超声信号源不得空载，即在开启实验仪电源前，应先将“输出”端与声光器件相 连，否则，容易损坏超声信号源。 2．声光器件应小心轻放，不得冲击碰撞，否则将可能损坏内部晶体而报废，这种损坏属 于人为损坏，不予保修或更换。 3．声光器件的通光面不得接触、擦拭、清洗，不做实验时，通光孔可用不干胶纸封住， 否则易损坏光学增透膜，如有灰尘可用洗耳球吹去。篇二：声光调制实验 声光调制实验
1、掌握声光调制的基本原理； 2、了解声光器件的工作原理；观察布拉格声光衍射现象； 3、了解布拉格声光衍射和拉曼―奈斯声光衍射的区别。 重难点 难点：理解和掌握晶体声光调制的原理和实验方法； 重点：了解布拉格声光衍射并观察布拉格声光衍射现象 教学方法
理论联系实际；实验观察与比较；精讲与指导讨论相结合 学时3个学时
一、前言 早在本世纪30年代就开始了声光衍射的实验研究。60年代激光器的问世为声光 衍射现象的研究提供了良好的光源，促进了声光效应理论和应用研究的迅速发展。声 光效应为控制激光束的频率、方向和强度提供了一个有效的手段。利用声光效应制成 的声光器件，如声光调制器、声光偏转器和可调谐滤光器等，在激光技术、光信号处 理和集成光通讯技术等方面有着重要应用。声光效应已广泛应用于声学、 、光学和光电子学。近年来，随着声光技术的不断发展，人们已广泛地开始采用声光 器件在激光腔内进行锁膜或作为连续器件的Q 开关。由于声光器件具有输入电压低 件的Q 开关。由于声光器件具有输入电压低驱动功率小、温度稳定性好、能承受较 大光功率、光学系统简单、响应时间快、控制方便等优点，加之新一代的优质声光材 的发现，使声光器件具有良好的发展前景，它将不断地满足工业、科学、军事等方面 的需求。 一、实验仪器 图6系统 装置图1.调平底脚 2.导轨 3.滑座 4.四维调整架
5.半导体激光器 6.声光晶体盒 7.旋转平台
8.小孔光阑
9.横向滑座
10.光电探测器 本实验系统是由半导体激光器、声光盒、小孔光阑、光电探测器以及声光调制 电源箱组成。 三、实验原理 （一）声光调制的物理基础 1、弹光效应： 若有一超声波通过某种均匀介质，介质材料在外力作用下发生形变，分子间因相 互作用力发生改变而产生相对位移，将引起介质内部密度的起伏或周期性变化，密度 大的地方折射率大，密度小的地方折射率小，即介质折射率发生周期性改变。这种由 于外力作用而引起折射率变化的现象称为弹光效应。弹光效应存在于一切物质。 2、声光栅 当声波通过介质传播时，介质就会产生和声波信号相应的、随时间和空间周期性 变化的相位。这部分受扰动的介质等效为一个“相位光栅”。其光栅常数就是声波波 长?s，这种光栅称为超声光栅。声波在介质中传播时，有行波和驻波两种形式。特点 是行波形成的超声光栅的栅面在空间是移动的，而驻波场形成的超声光栅栅面是驻立 不动的。 当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。到达另一端时，如果遇到吸 声物质，超声波将被吸声物质吸收，而在声光晶体中形成行波。由于机械波的压缩和 伸长作用，则在声光晶体中形成行波式的疏密相间的构造，也就是行波形式的光栅。 当超声波传播到声光晶体时，它由一端传向另一端。如果遇见反声物质，超声波 将被反声物质反射，在返回途中和入射波叠加而在声光晶体中形成驻波。由于机械波 压缩伸长作用，在声光晶体中形成驻波形式的疏密相同的构造，也就是驻波形式的光 栅。 首先考虑行波的情况，设平面纵声波在介质中沿x方向传播，声波扰动介质中的 质点位移可写成： u1?u0cos??st?ksx?（1） μ0是质点振动的振幅，ωs是声波频率，ks是声波波矢量的模。相应的应变场是 S???u1?u0kssin??st?ksx??x（2） 对各向同性介质，折射率分布为 n?x,t??n??nsin??st?ksx?（3） 声行波在某一瞬间是对介质的作用情况如图1所示。图中密集区（黑）表示介质受到 压缩，密度增大，相应的折射率也增大；稀疏区（白）表示介质密度变小，折射率减 小。介质折射率n增大或减小呈现交替变化，变化的周期是声波周期，同时又以声速 vs??s
s向前传播。 图1
声行波形成的超声光栅 对于驻波的情况，考虑两个相向传播的同频声行波的叠加，质点位移可以写成
u1?2u0cos(ksx)sin(?st)（4） 而介质折射率为： ?xksx)sin(?st)n, t ? ? n
（5） 图2超声波形 成的超声光栅 因驻波效应(5)式中的?n应是(3)式的2倍。图2给出了声驻波情况下介质折射率的变 化情况，其中在图中的曲线t+Ts/4和t+3Ts/4表示左、右行波。从图中可见，声波在一个周期Ts之内，介质呈现两层疏密层结构，在波节处介质密度保持不变，因而 在波腹处折射率每隔半个周期Ts就变化一次。这样，作为超声光栅，它将交替出 现和消失，其交替变化的频率为原驻波周期的二倍，即2?s。 3、声光效应 声光效应是指光波在介质中传播时，被超声波场衍射或散射的现象。由于声波是 一种弹性波，声波在介质中传播会产生弹性应力或应变，这种现象称为弹光效应。介 质弹性形变导致介质密度交替变化，从而引起介质折射率的周期变化，并形成折射率 光栅。当光波在介质中传播时，就会发生衍射现象，衍射光的强度、频率和方向等将 随着超生场的变化而变化。声光调制就是基于这种效应来实现其光调制及光偏转的。 4、声光衍射任务 根据声波频率的高低和声光作用的超声场长度的大小的不同，声光效应可以分为 拉曼－奈斯声光(Ram-Nath)衍射和布拉格(Bragg)衍射两种。 （1）区分拉曼－奈斯衍射和布拉格衍射的定量标准： 从理论上说，拉曼－奈斯衍射和布拉格衍射是在改变声光衍射参数时出现的两种 极端情况。影响出现两种衍射情况的主要参数是声波长?、光束入射角?1及声光作用 距离L。为了给出区分两种衍射的定量标准，特引入参数G来表征： G?ks2L/kicos??2??L/?s2cos?i （3） 当L小且?s大(G&&1)时，为拉曼－奈斯衍射；而当L大且?s小(G&&1)时，为布 为布拉格衍射。为了寻求一个实用标准，即当G参数大到一定值后，除0级和+1级 其他各级衍射光的强度都很小，可以忽略不计。达到这种情况时即认为已进入布拉格 衍射区。经过多年的实践，现已普遍采用下列定量标准： (a) G≥4π时为布拉格衍射区 (b) G＜π时为拉曼－奈斯衍射区 为了便于应用，又引入量L0=λscosθi/λ≈λs2/λ，则G=2πL/L0。因此，上面的定量标准可 以写成： (a) L≥2L0 为布拉格衍射区 (b) L≤L0/2 为拉曼－奈斯衍射区 式中，L0称为声光器件的特征长度。引入了参数L0可使器件的设计十分简便。 V由于??Sf ，故L0不仅与介质的性质（Vs和n）有关，而且与工作条件（fs s和λ0）有关。事实上，L0反映了声光互作用的主要特征。 产生条件上的区别： 表1拉曼-奈斯衍射和布拉格衍射产生条件上的区别 拉曼-奈斯衍射
布拉格衍射 声光作用长度较短
声光作用长度较长 超声波的频率较低
超声波的频率较高 光波垂直于声场传播的方向光束与声波波面间以一定的角度斜入射 此时的声光晶体相当于一个“平面光栅” 此时的声光晶体相当于一个“立体光栅” 现象上的区别: （1）拉曼-奈斯声光衍射 拉曼-奈斯声光衍射的结果，使光波在原场分成一组衍射光，它们分别对应于确 定的衍射角?m（即传播方向）和衍射强度，这一组光是离散型的。各级衍射光对称 的分布在零级衍射光两侧，且同级次衍射光的强度相等。这是拉曼-奈斯衍射的主要 特征之一。另外，无吸收时衍射光各级极值光强之和等于入射光强，即光功率是守恒 的。 （2）布拉格声光衍射 如果声波频率较高，且声光作用长度较大，此时的声扰动介质也不再等效于平面 位相光栅，而形成了立体位相光栅。这时，相对声波方向以一定角度入射的光波，其 衍射光在介质内相互干涉，使高级衍射光相互抵消，只出现0级和?1级的衍射光， 简言之，我们在屏上观察到的是0级光斑和+1级光非常亮或者0级光斑和-1级光很 亮，而其它各级的光强却非常弱。 （二）声光调制原理 1、声光调制器的组成 声光调制其实由声光介质、电-声换能器、吸声（或反射）装置、耦合介质及驱 动电源等所组成。如图3所示： （1）声光介质
声光介质是声光互作用的场所。当一束光通过变化的超声场时，由 于光和超声场的作用，其出射光就具有随时间变化的各级衍射光，利用衍射光的强度 随超声波强度的变化而变化的性质，就可以制成光强度调制器。 （2）电-声换能器（又称超声发生器）
它是利用某些压电晶体（石英、LiNbO3等）篇三：声光调制 声光调制实验 一.实验目的 1.理解声光作用和声光调制器的基本原理. 2.掌握及调制出布拉格衍射. 3.观察交流信号及音频信号调制特性. 二.实验仪器 可调半导体激光、声光晶体盒、声光调制电源及滑座和旋转平台. 三.实验原理 1.声光互作用 声光互作用效应是当超声波传到声光介质内，声光介质发生形变，导致介质的光学性能产生改变，即介质的折射率发生变化的现象。在超声波的作用下，声光介质的光学折射率发生空间周期性的变化，相当于介质内形成了一个折射率光栅，当激光通过介质是发生衍射。声光衍射使光波在通过介质后的光学特性发生改变，即光波的传播方向，强度，相位，频率发生了改变。 2.声光器件的基本原理 声光调制的工作原理：声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波的一种物理过程。调制信号是以信号( 调辐) 形式作用于电- 声换能器上，电- 声换能器将相应的电信号转化为变化的超声场，当光波通声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。分拉曼―纳斯型声光调制器和布拉格声光调制器。拉曼―纳斯型声光调制器特点：工作声源频率低于 10MHz只限于低频工作，带宽较小。布拉格声光调制器特点：衍射效率高，调制带宽较宽。其中调制带宽是声光调制器的一个重要参量，它是衡量能否无畸变地传输信息的一个重要指标，它受布拉格带宽的限制。对于给定入射角和波长的光波，只有一个确定的频率和波矢的声波才能满足布拉格条件。当采用有限的发散光束和声波场时，波束的有限角将会扩展，因此，在一个有限的声频范围内才能产生布拉格衍射。 3.拉曼―纳斯衍射和布拉格衍射 （1）布拉格衍射 当声波频率较高，声波作用长度较大，而且光束与声波波面间以一定的角斜入射时，光波在介质中要穿过多个声波面，故介质具有“体光栅”的性质。当入射光与声波面间夹角满足一定条件时，介质内各级衍射光会相互干涉，各高级次衍射光将互相抵消，只出现0 级和+1 级或（-1 级）（视入射光的方向而定）衍射光，即产生布拉格衍射。因此，若能合理选择参数，并使超声场足够强，可使入射光能量几乎全部转移到+1 级（或-1 级）衍射极值。因而光束能量可以得到充分利用，所以，利用布拉格衍射效应制成的声光器件可以获得较高的效率。（2）、拉曼―纳斯衍射 当超声频率较低，光波平行于声波面入射（即垂直于声场传播方向），声光互作用长度较短时，在光波通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，则声光介质可近似看做为相对静止的“平面相位光栅”，产生拉曼―纳斯衍射。由于声速比光速小得多，而且声波长 比光波长 大得多，当光波平行通过介质时，几乎不通过声波面，因此只受到相位调制，即通过光密（折射率大）部分的光波波阵面将推迟，而通过光疏（折射率小）部分的光波波阵面将超前，于是通过声光介质的平面波波阵面出现凹凸现象，变成一个折皱曲面。由出射波阵面上各子波源发出的次波将发生相干作用，形成与入射方向对称分布的多级衍射光，这就是拉曼―纳斯衍射。 四.实验内容及注意事项 1.观察声光调制的衍射现象 （1）调节激光束亮度，使在相屏中心有明晰的光点呈现，此即为声光调制的0级光斑； （2）打开声光调制电压，此时以80MHz为中心频率的超声波开始对声光晶体进行调制；（3）微调载物平台上声光调制器的转向，以改变声光调制器的光束入射角，即可出现因声光调制而出现的衍射光斑； （4）仔细调节光束对声光调制器的角度，当+1级或-1级衍射光最强时，声光调制器即运转在布拉格条件下的偏转状态。 注：控制电压为一定值；入射激光必须以特定的布拉格角度入射。 2.观察交流信号调制特性 打开信号发生器，输入交流的正弦波信号。加载器把直流偏压器和信号发生器的交流电压叠加在一起输出到线性声光调制器上，在示波器可以看到被调制的激光的正弦波，测出示波器信号波的相对幅度。 3.声光调制与光通讯演示 在驱动源输入端加入外调制信号（如音频信号），则衍射光强将随次信号变化，从而达到控制激光输出特性的目的。 4.计算声光调制偏转角 定义一级光和0级光间的距离为d，声光调制器到接受孔之间的距离为L，由于L》d,即可求出声光调制的偏转角=d/L。 注意事项; 1.调整光电探测器的高度，使得激光束落在光电探测器中心。 2.将声光调制器的通过孔置于载物平台的中心位置，调整好高度，使得激光束刚好通过小孔。 3.做实验时应注意光强从弱到强，避免刚开始激光过强。 4.注意布拉格衍射必须以一定的角度入射，注意调节偏转器及后来微调激光器。 五.思考题 1.声光器件在实际中有何广泛应用? 2.声光器件相比较其他同类型产品有什么优势?相关热词搜索：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；三、微波简介；微波波长范围：1mm-1cm的电磁波（??10?；10；A），不可见光；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1m；①波长短；③穿透性，微波可以穿透地球周围的电离层而不被反射；④量子特性，在微波波段，单个量子的能量约为10-；2
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（??10?10
A），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。主要由四部分组成： 1、发射部分：由固态振荡器产生的微波信号经过衰减器送至发射喇叭天线，向外发射单
一波长的微波信接收
号。（相当于单色光）。
2、接收部分：接受喇叭天线、晶体检波器、微安表组成。
3、分度盘：测量转角。平台可以放置元件。
4、附件：用来做布拉格衍
图1 微波分光计 射、微波波长测
量、单缝、双缝衍射的零件。
实验仪器――微波分光计
微波分光计是仿光学分光计设计的，如图1。主要部分包括： 1）微波发生器M和发射喇叭D，发出单一波长?的微波束。
2）简立方模拟晶体C，晶格常量为4.00cm。即用厚4cm的聚苯乙烯泡沫板在表面嵌入16个金属球组成一方阵，相邻球间距离4cm，并将四块板叠成由64个金属球组成的简立方模拟晶体。
3）微波接收喇叭T和微安表?A，将接收到的微波信号转变为直流电流，并由微安表显示信号的强弱。
4）晶体支架B，用于安放模拟晶体，支架可绕中心轴旋转，周边有指示旋转角度的刻度。 5）刻度盘A，上面刻度用作指示入射波与反射波的方向，以确定角度 ? 值。为防止仪器底座对微波的干扰，将发射喇叭D和接收喇叭T以及模拟晶体高悬于支架之上。
微波发生器装置如图所示。（仅供参考：它是由一个微波振荡器和一个喇叭形天线4组成。微波振荡器由一个三厘米波段矩形截面的波导管作谐振腔3和一只体效应二极管2组成。谐振腔的一端通过一φ4~6mm的圆孔与一腔体可调的圆柱形稳频腔连通。接通电源后，体效应二极管在外加电场作用下产生电流振荡。若匹配恰当，在谐振腔内的振荡产生TE10波的驻波（横电波）。经过三公分波段的矩形波导，引出TE10波的行波。经发射喇叭变为TEM波（横电磁波）。
微波接收器装置如图所示。它是由检波二极管2、接收喇叭4和衰减器3组成。接收喇叭将TEM波转变为TE10波在波导中传播。衰减器的腔内有一舌形薄片，片上涂有吸收微波的薄膜，调节舌形薄片插入波导的深度，可以控制微波通过量。在波导管的宽边中以同轴结构将检波二极管置于波导内构成检波器。常用的检波二极管是2DV14C型的硅二极管。接收器的尾端装一调谐短路活塞1，作调谐用。调谐短路活塞要很好地与波导管壁接触，避免出现火花。
波导与喇叭内表面要反射微波，为了减少漫反射，加工要平整而光洁。各微波元件连接处也要求平整。内表面因要通过面电流，故要镀银。为防银氧化，再镀以金。
微波振荡器与检波器都可以看作一个同轴波导转换器。前者是把同轴线内的振荡转换为波导内的电磁振荡。后者是把波导内的电磁波转换到同轴线上。波导的阻抗与同轴结构的阻抗若不相同，在微波转换处会出现一个反射界面，引起微波的反射，使转换效率变低。若转换处阻抗近乎均匀过渡，则可防止电磁波的反射，从而提高微波的转换效率。
微波振荡器的匹配调节如下，图2中体效应二极管的插入深度是可调的。调节方法是在上下两个螺钉中先松开一个，调紧另一个。反复调节直至微波发生器的发射功率最大。在旋进螺钉时切勿用力过猛而挤碎二极管。微波振荡器从固定端到二极管的长度是由设计者确定的，是微波的波导波长的1/4，这样的装置中谐振频率是一定的。体效应二极管在出厂前，厂家已将其工作电压，输出效率与输出功率等数据给出。购置体效应二极管时要注意选择输出频率与谐振腔的谐振频率相近的。保护好体效应二极管十分重要。螺纹电极应接负，切勿
接错。其工作电压必须小于最大电压。要防止偏置回路中产生低频振荡。
检波器的阻抗匹配调节方法是通过调节检波二极管插入的深度及短路活塞的位置来实现的。以经过二极管检波后的微安表指示最大为准，因这时的微波转换效率最高。调好后将检波二极管的位置锁定。）
五、 实验原理 1、 微波波长的测量
利用迈可尔逊原理。如图。
设微波的波长为?，经固定反射板反射到接收喇叭的波束与从可移动反射板反射到接收喇叭的波束的波程差为?，则当
??k?(k?0,?1,?2,?)
时，两束波干涉加强，得到各级极大值。当
??(2k?1)(k?0,?1,?2,?)
时，两束波干涉减弱，得到各级极小值。
当可动反射板移动距离L，两束波的程差改变了2L。若从某一极小值开始移动可动反射板，使接收喇叭收到的信号N个极小值，即微安表指示 出现N个极小值，读出移动的距离L，则
2L??2(k?N)?1??N????
由此式可以求出微波的波长?。
图4 微波干涉示意图
2、 微波的布拉格衍射 （1）晶体简介 （2）点阵常数d （3）晶胞 （4）晶角 （5）100面 （6）X射线
X射线的波长与晶格常数在同一数量级（10cm）；1895年伦琴发现X射线；并因此获得1901年的首届诺贝尔奖。
（7）为什么用微波可以代替X射线进行模拟
我们用的微波波长为3cm，模拟晶体晶格常数为4 cm，数量相当，满足衍射条件。
N 图5 布拉格衍射示意图
（8）布拉格公式
由图知??2dsin?
??k?(k?1,2,3?) 当
时，两列波加强。此式为布拉格公式。
六、 实验内容与步骤 1、 微波波长的测量
（1）布图 （2）接通电源（3）调节衰减器使最大电流不超过微安表的满度值（100微安）（4）将移动反射板移到读数机构的一端，在此附近找出一个极小值的位置，即微安表指在零或零的附近，记下读数机构上的读数。
（5）然后移动反射板，从微安表上测出4个极小值的位置，记录读数机构上相应的数值。
三亿文库包含各类专业文献、中学教育、应用写作文书、各类资格考试、文学作品欣赏、行业资料、生活休闲娱乐、17微波干涉和布拉格衍射等内容。　
　微波布拉格衍射实验 用一个方形点阵模拟晶体,用已知波长的微波(其波长由迈克尔干涉实验测得) 向模拟晶体入射,观察不同晶面的反射波产生干涉的情况和条件。 微波... 　微波实验和布拉格衍射一、 实验摘要微波是种特定波段的电磁波,其波长范围大约为 1mm～1m。与普通电磁波一样,微波也存在反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。但... 　11页 2财富值 微波干涉和布拉格衍射 8页 1财富值如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 ... 　微波干涉和布拉格衍射 8页 1财富值 微波光学试验 10页 免费 燃料电池综合特性研究 9页 免费如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请... 　实验13 实验目的: 1、 2、 微波迈克尔孙干涉与布拉格衍射 用迈克尔孙干涉的方法测量微波波长; 了解布拉格衍射_律,用布拉格衍射实验测量模拟晶体的晶格参数。 实验内... 　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,并测定微波的 波长; 3. 通过微波的单缝衍射和迈克尔逊干涉实验,加深对波动理论的理解。 2 实验... 　微波布拉格衍射实验报告_物理_自然科学_专业资料。微波布拉格衍射实验报告首都...由于晶面间距为 d 的相邻晶面之间反射波的光程 差为 2dsinθ,则形成干涉极... 　微波的布拉格衍射实验报告_物理_自然科学_专业资料。首都师范大学 物理实验报告...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... 　微波实验和布拉格衍射_物理_自然科学_专业资料。北航物理实验研究性报告微波实验和...由于内容的相似 性,还可将该实验延伸到其他实验,如双缝干涉等。做完该实验,...}