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微波光学综合实验 【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。 4、通过迈克耳逊实验测量微波波长。 【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、读数机构等）。微波光学实验系统装置如图1所示。 1．电池后盖 2.开关 3.接受部件 4.转动臂 5.筋骨装置 6.移动装置 7.圆形底盘 8.机脚 9.x波段信号源 10.长支柱 11.紧固蝶形螺丝 12.信号源传输电缆 13.频率调节旋钮 14.功率调节旋钮 15.发射部件 16.发射喇叭 17.固定臂 18.载物圆台 19.圆形支架 20.指针 21.短支柱 22接收喇叭 23.接收旋转部件 24.液晶显示器 图1 微波光学实验系统装置 【实验原理】 微波波长从1m到0.1mm，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，即具有光的直射传播、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。 微波是一种电磁波，它和其他电磁波如光波、X射线一样，在均匀介质中沿直线传播，都具有反射、折射、衍射、干涉和偏振等现象。 1、微波的反射实验 微波的波长较一般电磁波短，相对于电磁波更具方向性，因此在传播过程中遇到障碍物，就会发生反射。如当微波在传播过程中，碰到一金属板，则会发生反射，且同样遵循和光线一样的反射定律：即反射线在入射线与法线所决定的平面内，反射角等于入射角。 2、微波的单缝衍射实验 当一平面微波入射到一宽度和微波波长可比拟的一狭缝时，在缝后就要发生如光波一般的衍射现象。同样中央零级最强，也最宽，在中央的两侧衍射波强度将迅速减小。根据光的单缝衍射公式推导可知，如为一维衍射，微波单缝衍射图样的强度分布规律也为： （1） 式中是中央主极大中心的微波强度，为单缝的宽度，是微波的波长，为衍射角 ／常叫做单缝衍射因子，表征衍射场内任一点微波相对强度的大小。一般可通过测量衍射屏上从中央向两边微波强度变化来验证公式（1）。同时与光的单缝衍射一样，当 （2） 时，相应的角位置衍射度强度为零。如测出衍射强度分布如图2则可依据第一级衍射最 小值所对应的角度，利用公式（2），求出微波波长。 3、微波的双缝干涉实验 当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上，狭缝就成为次级波波源。由两缝发出的次级波是相干波，因此在金属板的背后面空间中，将产生干涉现象。当然，波通过每个缝都有衍射现象。因此实验将是衍射和干涉两者结合的结果。为了只研究主要来自两缝中央衍射波相互干涉的结果，令双缝的缝宽接近，例如：。。当两缝之间的间隔b较大时，干涉强度受单缝衍射的影响小，当b较小时，干涉强度受单缝衍射影响大。干涉加强的角度为： K=1，2，3…… （3） 干涉减弱的角度为： K=1，2，3…… （4） 4、微波的迈克尔逊干涉实验 在微波前进的方向上放置一个与波传播方向成角的半透射半反射的分束板（如图3）。将入射波分成一束向金属板A传播，另一束向金属板B传播。由于A、B金属板的全反射作用，两列波再回到半透射半反射的分束板，回合后到达微波接收器处。这两束微波同频率，在接收器处将发生干涉，干涉叠加的强度由两束波的程差（即位相差）决定。当两波的相位差为时，干涉加强；当两波的相位差为时，则干涉最弱。当A、B板中的一块板固定，另一块板可沿着微波传播方向前后移动，当微波接收信号从极小（或极大）值到又一次极小（或极大）值，则反射板移动了λ/2距离。由这个距离就可求得微波波长。 图2 迈克尔逊干涉原理示意图 5、微波的偏振实验 电磁波是横波，它的电场强度矢量E和波的传播方向垂直。如果E始终在垂直于传播方向的平面内某一确定方向变化，这样的横电磁波叫线极化波，在光学中也叫偏振光。如一线极化电磁波以能量强度发射，而由于接收器的方向性较强（只能吸收某一方向的线极化电磁波，相当于一光学偏振片，发射的微波电场强度矢量E如在方向，经接收方向为的接收器后（发射器与接收器类似起偏器和检偏器），其强度，其中为P1和P2的夹角。