一、实验目的与实验仪器
1.实验目的
（1）学习一种测量微波波长的方法。
（2）观察微波的衍射现象并进行定量测量。
（3）测量微波的布拉格衍射强度分布。
2.实验仪器
微波分光仪、分束玻璃板、固定和移动反射板、单缝板、双缝板、模拟晶体等。
二、实验原理
（要求与提示：限400字以，实验原理图须用手绘后贴图的方式）
微波是一种波长处于1mm~1m之间的电磁波，围为3×102~3×105MHz之间。微波也具有衍射、干涉等性质。
1.用微波分光仪（迈克尔逊干涉
仪）测微波波长
用迈克尔逊干涉仪测波长
光路图如上。设微波波长为λ，
若经M1和M2反射的两束波波
程差为Δ，则当满足
Δ = kλ（k = ±1，±2，…）
时，两束波干涉加强，得到各级
极大值；当满足
Δ = （k +）λ（k = 0，±1，±2，…）
时，两束波干涉减弱，得到各级极小值。
微波光学实验报告
将反射板M2沿着微波传播的方向移动d，则波程差改变了2d. 若从某一极小值开始移动可动反射板M2，使接收喇叭收经过N个极小值信号，即电流示数出现N个极小值，读出M2移动的总距离L，则有：
2L = N·λ
从而λ =
由此可见，只要测定金属板位置的该变量L和出现接收到信号幅度最小值的次数N，可以求出微波波长。
2.微波的单缝衍射实验
当微波入射到宽度和其波长差不多的一个狭缝时，会发生衍射现象。在狭缝后面的衍射屏上出现衍射波强度不均匀，中央最强且最宽，从中央向两边微波衍射强度迅速减小。
当θ = 0时，衍射波强度最大，为中央零级极大；
其他次级强所在位置为：
asinθ = ±（k + ）λ（k = 1，2，…）
暗条纹位置为：
asinθ = kλ（k = ±1，±2，…）
式中a为单缝的宽度。因此可以画出单缝衍射的强度分布曲线如上图。
3.微波的双缝干射实验
当微波入射到一块开有两个缝的铝板时，会发生
衍射现象，两缝面波是同相位的。由惠更斯原理，来
自两缝波面向同一方向传播的子波叠加决定该方向的
强度。
强度极小所在位置（干涉相消）：
dsinθ = （k + ）λ（k = 0，±1，±2，…）
强度极大所在位置（干涉相长）：
asinθ = kλ（k =0，±1，±2，…）
4.微波的布拉格衍射
晶体中的原子按一定规律形成高度规则的空间排列，称为晶格。最简单的晶格为立方晶格，具有三维的空间点阵结构，它如同一个三维光栅。晶体点阵中原子排列成许多具有不同取向的晶面，每个取向都由许多互相平行的晶面构成晶面族。由于晶体面间距与X射线
波长相当，因此晶体能对X射线产生衍射。
密勒指数的确定方法为：该晶面在坐标轴的截距分别为x，y，z，取其倒数，，的
简单整数倍即为密勒指数（hkl）.
布拉格认为，当散射方向满足“光学镜面反射”条件，即散射线、入射线、晶面法线共面，且在法线两侧，反射角等于入射角，各原子的散射波将具有相同的相位，因而干涉加强。
以（100）晶面族研究微
波的衍射。如图，当波束衍
射到（100）晶面族上时，每
个晶面将反射一部分，相邻
两晶面波程差为：
PQ + QR = 2dsinθ
式中，θ为掠射角（布拉格
角），2θ为衍射角，d为晶面
间距，简单立方中，晶面间
距
d =
当满足布拉格公式：
2dsinθ= nλ（n = 0,1,2…）
时，两波相干加强。对应于n = 0,1,2，…，分别得到中央极大和一组次级大。由布拉格公式可知，≤d是能产生衍射的条件。布拉格公式是能产生衍射衍射的方向条件。满足方向
条件，还要满足强度条件才能产生衍射。简单立方中没有能产生消光的晶面，但是对于不同的晶面，随着面间距的减小，平面上单位面积的衍射中心数减少，衍射波强度减弱。
三、实验步骤
（要求与提示：限400字以）
1.测量微波波长
使发射喇叭与接收喇叭轴线互相垂直，半透射玻璃板通过支架座放置在刻度盘正中，并与两喇叭轴线成45°角。将读数测微机构通过螺丝固定在底座上，插上反射板M2和M1. （1）打开固态信号发生器，将面板按键置于“电压”和“等幅”位置，电压表指针指向10V 左右（满偏15V），按下“电流”指示，指针应为0，表明固态信号发生器正常。再将固态源连线插入固态信号发生器“输出插孔”，此时微波从发射喇叭发出。
（2）转动测微机构手柄，使可移动反射板M2移动，观察接收部分微安表示数变化，如果超过100μA，则可调节接收喇叭后边的可变衰减器。
（3）调节M2，使其从测微机构一端移向另一端，从某一波强极小值开始，使微安表指针出现N次极小值，利用测微机构读出M2移动的总距离L，即可计算出微波波长。
2.单缝衍射实验
（1）取下M1、M2、测微机构和半透射玻璃板，将接收喇叭调到180°位置。
（2）调整单缝的缝宽为a = 6.0cm，安装单缝板到支座上，使单缝板和发射喇叭保持垂直。（3）从180°到120°转动接收喇叭，在始终不超过量程的前提下，每移动1°记录微安表
示数。
（4）从180°到240°转动接收喇叭，每移动1°记录微安表示数。
3.双缝干射实验
双缝的d = 11.0cm，缝宽为a = 4.0cm，测量过程同单缝衍射实验。
4.布拉格衍射实验
（1）调整模拟晶体为晶格常数为4.0cm的简单
立方。
（2）将载物平台固定在小转台上，模拟晶体放
在载物平台上，使模拟晶体所研究面的法线方
向与载物平台上某一刻线方向一致，并将此刻
线调整为90°方向。
（3）测（100）面衍射强度分布。转动载物平
台，使布拉格角至一级衍射极大位置（约23°），
使微安表不超过量程。然后布拉格角从15°到60°转动载物平台，载物平台每转动1°，
对应的接收喇叭转动2°以保证入射角等于反射角，记录微安表读数。
（4）按照以上步骤，测量晶体（110）面反射情况。布拉格角从25°至45°.
四、数据处理
（要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片）
微波测波长实验（N=3）
次数 1 2 3 4 5
位置x0x1x0x1x0x1x0x1x0x1左侧/mm 4.695 53.987 4.825 53.800 4.985 54.130 4.621 53.915 4.750 53.928 右侧/mm 4.985 54.672 5.435 55.303 5.585 55.505 5.246 54.870 6.095 55.909 平均/mm 4.840 54.330 5.130 54.552 5.285 54.818 4.934 54.393 5.423 54.919 L=(x1-x0)/mm 49.490 49.422 49.533 49.459 49.496
L—= = 49.480mm
由测量数据，微波波长为：
λ = = = 3.2986cm
