微波布拉格衍射实验报告

1 / 46微波布拉格衍射实验报告班 级_ _ 组 别_ _姓 名_ _ 学 号- 日 期_ 指导教师_【实验题目】 微波的布拉格衍射【实验目的】1. 了解布拉格衍射原理和晶体结构知识，利用微波在模拟晶体上的衍射验证布拉格公式；2. 了解并学习微波分光仪的结构和微波器件的使用。【实验仪器】微波分光仪，模拟晶体，梳片；【实验原理】2 / 46晶体对 x 射线的衍射实质是晶体每个格点上的原子产生的散射波的相干叠加：同一晶面上各个原子发出的散射波相干叠加，形成晶面的衍射波；同一晶面族的不同晶面的衍射波之间相干叠加。对于同一晶面，各原子散射波相干叠加的结果遵从反射定律，即反射角等于入射角，如图 2 所示。由于晶面间距为d 的相邻晶面之间反射波的光程差为 2dsin?，则形成干涉极大的条件为：2dsin? = k? k =1,2,3 式即为晶体衍射的布拉格条件。改用入射角? 表示，则式可写为： 2dcos? = k? k =1,2,3 布拉格公式给出衍射波极大的入射角与衍射角方向，由 I的极大值所对应的?，可求出晶面间距 d；或已知晶面间距 d，来计算 I 极大所对应的?。3 / 46【实验内容】1.估算理论值 由已知的晶格常数 a 和微波波长 ，根据式 2dcos =k 估算出面和面衍射极大的入射角 2.分别测量(100)和(110)两个晶面的衍射波强度和衍射角，绘制 b I 曲线；3. 衍射角测量范围：15-80o，每隔 3-5 o 测一个；在衍射极大附近每隔 1 o 测一个；4. 重复操作 2.要求角度从小到大和从大到小测量 2 次；5. 验证布拉格衍射公式，即将测量量与理论计算结果进行比较验证。【原始数据及数据处理】n=(1,0,0)I1/4 / 46I2/ A A 15 2 1 20 10 10 25 5 5 30 40 38 32 28 29 34 50 52 35 60 62 36 61 61 38 34 38 40 12 10 45 8 9 50 9 8 55 2 8 60 3 4 62 14 15 64 31 30 65 36 38 66 32 32 68 38 38 70 99 100 75 72 80 80 1217I/A10 5 39 51 61 61 36 11 5 37 32 38 76 n=(1,1,0) /15 20 25 30 35 40 45 50 52 54 56 58 60 65 70 75 80 85A1 1 1 2 2 2 2 12 46 86 78 62 22 4 1 2 20 100A1 1 2 2 2 2 2 11 50 82 80 62 22 3 2 2 10 100 A5 / 461 1 2 2 2 2 48 84 79 62 22 2 15 100I1/I2/Io/【理论值】 n=(1,0,0)面d=a=4cm = 2dcos? = k? k =1,2 突然增大，且一直增大，可推知由于微波发射装置与接收装置处于近似平行状态，所以此时电流突然增大不是由于衍射造成的，而是微波直接将能量传给接收装置，能量损耗较小，电流才突然增大的。北航物理实验研究性报告题目：布拉格实验和微波分光仪改进探究6 / 46第一作者：王嘉伟学号：10011020第二作者：屈亦成学号：10021217班级： 100111100228摘要本实验用一束波长为 的微波代替 X 射线，观察微波照射到人工制作的晶体模型时发生的衍射现象，并验证著名的布拉格公式。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。本文对微波实验和布拉格衍射的原理、步骤、仪器进行了简要介绍，在此基础上用图表法，列表法及一元线性回归法进行数据处理和误差分析，并且在最后提出和验证了对于实验仪器方面的几点改进方案。7 / 46关键字：微波的布拉格衍射单缝衍射 迈克尔逊干涉一、 实验目的1. 了解微波的特点，学习微波器件的使用；2. 了解布拉格衍射原理，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。二、 实验原理1. 晶体结构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。最简单的晶格是所谓的简单立方晶格，它由沿 3 个垂直方向 x、y、z 等距排列的格点所组成。间距 a 称为晶格常数晶格在几何上的这种对称性也可以用晶面来描述。8 / 46把格点看成是排列在一层层平行的平面上，这些平面称为晶面，用晶面指数来标志。确定晶面指数的具体办法如下：先找出晶面在 3 个晶格坐标轴上的截距，并处以晶格常数，再找出它们的倒数的最小整数比，就构成了该晶面的晶面指数。一个格点可以沿不同方向组成晶面，如下图给出了3 中最常用的晶面：面、面、面。晶面取法不同，则晶面间距不同。相邻两个面的间距等于晶格常数 a，相邻两个面的间距为 a/2，相邻两个面的间距为 a/。对立方晶系而言，晶面指数为的晶面族，其相邻两个晶面的间距为d=a/n12+n22+n32。2. 布拉格衍射在电磁波的照射下，晶体中每个格点上的原子或离子，其内部的电子在外来电场的作用下作受迫振动，成为一个新的波源，向各个方向发射电磁波，这些由新波源发射的电磁波是彼此相干的，将在空间发生干涉。这同多缝光栅的衍射很相似，晶格的格点与狭缝相当，都是衍射单元，而与光栅常数 d 相当的则是晶体的晶格常数 a。它们都反映了衍射层的空间周期，两者的区别主要在于多缝光栅是一维的，而晶体点阵是三维的，所以晶体对电磁波的衍射是三维的衍射。处理三维衍射的办法是将其分解成两步走：第9 / 46一步是处理一个晶面中多个格点之间的干涉；第二步是处理不同晶面之间的干涉。研究衍射问题最关心的是衍射强度分布的极值位置。对一维光栅的衍射，极大位置由光栅方程给出：dsin?=k?。在三维的晶格衍射中，这个任务是这样分解的：先找到晶面上点间干涉的 0 级主极大位置，再讨论各不同晶面的 0 级衍射线发生干涉极大的条件。微波入射到该模拟晶体结构的三维空间点阵时，因为每一个晶面相当于一个镜面，入射微波遵守反射定律，反射角等于入射角，如下图所示。而从间距为 d 的相邻两个晶面反射的两束波的程差为，其中 为入射波与晶面的夹角。显然，只是当满足2dsin?=k?时，出现干涉极大。上述方程称为晶体衍射的布拉格公式。布拉格定律完整表述是：波长为?的平面波入射到间距为 d的晶面族上，掠射角为?，当满足条件 2dsin?=k?形成衍射极大，衍射线在所考虑的晶面的反射线方向。对一定的晶面而言，如果布拉格条件得到满足，就会在该晶面族的特10 / 46定方向产生一个衍射极大。只要从实验上测得衍射极大的方向角?，并且知道波长?，就可以从布拉格条件求出晶面间距 d，进而确定晶格常数 a；反之，若已知晶格常数 a，则可以求出波长?。3. 单缝衍射和声波、光波一样，微波的夫琅和费单缝衍射的强度分布，如图所示，可有下式计算，即?= 2?0 sin? 2 /?2，式中，= ?sin? /?，a 是狭缝的宽度，?为微波的波长。4. 微波迈克尔逊干涉实验微波的迈克尔逊干涉实验原理如图：在微波前进方向上放置一个与传播方向成 45 角的半透射、半反射的分束板和11 / 46A、B 两块反射板。分束板将入射波分成两列，分别沿 A、B方向传播。由于 A、B 的反射作用，两列波又经分束板会合并发生干涉。接收喇叭可给出干涉信号的强度指示。如果A 板固定，B 板可前后移动，当 B 移动过程中喇叭接收信号从一次极小 0 变到另一次极小时，B 移动过的距离为?/2，因此测量 B 移动过的距离也可求出微波的波长。三、 实验仪器本实验的实验装置由微波分光仪、模拟晶体、单缝、反射板、分束板等组成。振荡器发出波长的标称值为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 1mm1m。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。但因为其波长、频率和能量具有特殊的量值，微波表现出一系列即不同于普通无线电波，又不同于光波的特点。12 / 46微波的波长比普通的电磁波要短得多，加此，其发生、辐射、传播与接收器件都有自己的特殊性。它的波长又比 X射线和光波长得多，如果用微波来仿真“晶格”衍射，发生明显衍射效应的“晶格”可以放大到宏观的尺度。二、 实验原理1. 了解微波的特点，学习微波器件的使用2. 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，加深对波动理论的解释三、 实验原理1. 晶体结构晶体中原子按一定规律形成高度规则的空间排列，称为晶格。最简单的晶格可以是所谓的简单立方晶格，它由沿三个方向 x，y，z 等距排列的格点所组成。间距 a 称为晶格常数。晶格在几何上的这13 / 46种对称性也可用晶面来描述。一个格点可以沿不同方向组成晶面，晶面取向不同，则晶面间距不同。 2. 布拉格衍射晶体对电磁波的衍射是三维的衍射，处理三维衍射的办法是将其分解成两步走：第一步是处理一个晶面中多个格点之间的干涉；第二步是处理不同晶面间的干涉。研究衍射问题最关心的是衍射强度分布的极值位置。在三维的晶格衍射中，这个任务是这样分解的：先找到晶面上点间干涉的 0 级主极大位置，再讨论各不同晶面的 0 级衍射线发生干涉极大的条件。点间干涉电磁波入射到图示晶面上，考虑由多个晶格点A1，A2?；B1，B2?发出的子波间相干叠加，这个二维点阵衍射的 0 级主极强方向，应该符合沿此方向所有的衍射线间无程差。无程差的条件应该是：入射线与衍射线所在的14 / 46平面与晶面 A1 A2?B1B2?垂直，且衍射角等于入射角；换言之，二维点阵的 0 级主极强方向是以晶面为镜面的反射线方向。面间干涉如图示，从间距为 d 的相邻两个晶面反射的两束波的程差为2dsin ， 为入射波与晶面的折射角，显然，只有满足下列条件的，即 2dsin = k ，k =1，2，3?才能形成干涉极大，上式称为晶体衍射的布拉格条件。单缝衍射,其中，a 求出1 级的强度为 0 处所对应的角度 ，则 微波迈克尔逊干涉实验15 / 46微波的迈克尔逊干涉实验原理图如图示。在微波前进方向上放置一个与传播方向成 45 度角的半透射半反射的分束板和 A、B 两块反射板，分束板将入射波分成两列，分别沿 A、B 方向传播。由于 A、B 板的反射作用，两列波又经分束板会合并发生干涉。接收喇叭可给出干涉信号的强度指示。如果 A 板固定，B 板可前后移动，当 B 移动过程中喇叭接收信号从一次极小变到另一次极小时，B 移动过的距离为 1/2，因此，测量 B 移动过的距离就可求出微波的波长。四、 实验仪器本实验的实验装置由微波分光仪，模拟晶体，单缝，反射板，分束板等组成。五、 实验内容1. 验证布拉格公式实验前，应该用间距均匀的梳形叉从上到下逐层检查晶格16 / 46位置上的模拟铝球，使球进入叉槽中，形成方形点阵。模拟晶体架的中心孔插在支架上，支架插入与度盘中心一致的销子上，同时使模拟晶体架下面小圆盘的某一条刻线与度盘上的 0刻线重合。由已知的晶格常数 a 和微波波长，并根据公式可以算出面和面衍射极大的入射角 ，测量估算值附近且满足入射角等于反射角条件 与衍射强度I 的关系曲线，写出衍射极大的入射角与理论结果进行比较、分析与讨论。 2. 单缝衍射实验仪器连接时，按需要先调整单缝衍射板的缝宽，转动载物台，使其上的 180刻线与发射臂的指针一致，然后把单缝衍射板放到载物台，并使狭缝所在平面与入射方向垂直，利用弹簧压片把单缝的底座固定在载物台上。为了防止在微波接收器与单缝装置的金属表面之间因衍射波的多次反射而造成衍射强度的波形畸变，单缝衍射装置的一侧贴有微波吸收材料。转动接收臂使其指针指向载物台的 0刻线，打开振荡器的电源，并调节衰减器，使接收电表的指示接近满度而略小于满度，记下衰减器和电表的读数。然后转动接收臂，每隔 2记下一次接收信号的大小。为了准确测量波长，要仔细寻找衍射极小的位置。当接收臂已转到衍射极小附近时，17 / 46可把衰减器转到零的位置，以增大发射信号提高测量的灵敏度。 3. 迈克尔逊干涉实验迈克尔逊干涉实验需要对微波分光仪做一点改动，其中反射板 A 和 B 安装在分光仪的底座上。A 通过一 M15 螺孔与底板固定；B 板通过带计数机构的移动架固定在两个反射半透射板固定在载物台上，它属于易碎物品，使用时应细心。利用已调好的迈克尔逊干涉装置，转动 B 板下方的细丝杠使 B 的位置从一端移动到另一端，同时观察电表接收信号的变化并依次记下出现干涉极小时 B 板的位置 xn，列表。六、 数据处理1. 验证布拉格衍射公式= 不确定度的计算 取仪器误差限 = 故 B 类不确定度100 面 k=1 时， k=2 时，110 面 k=1，18 / 46= u()=0 结果表述为 u()=() =0 结果表述为 u()=()= 结果为 u()=()2. .已知 a=，利用 110 面测定波长由公式 2dcos=k，其中，d=，k=1，=58故cm=u()=cm= 的结果表述为 u=cm19 / 46.已知 =，利用 100 面测定晶格常数由公式 2dcos=k，其中，d=a，k=1，=58 故= u(a1)=k=2，= 故对 a1，a2 进行加权平均= u(a2)=()cm=结果表述为3. 绘制衍射分布曲线20 / 46由以上两图观察可得：= cm，=o, =，得=。代入=%，得由于测量中信号最大值并不在角度为 0 处，而是向左偏移了 3o4o，因而与标称值有较大误差。4. 微波麦克尔逊实验波长的线性公式为， =，= mm估算其不确定度，略去其他不确定度分量的贡献，则有21 / 46= mm，u()=2u(b)=最终结果表述为 u ()=() mm六实验讨论利用微波模拟电磁波的一系列光学实验，由于微波波长远大于光波波长，因而实验所用的器材也可以做的很大，从而能使实验现象更为直观，而且环境不必很暗，这些都是微波光学实验的优点。然而，简单的实验器材也降低了实验测量的精度。1. 过度的简化导致模拟的失真。从单缝衍射的试验曲线可以明显看出这点，其中央主极大位置出现一定凹陷，并且在本应光滑的曲线位置却出现台阶。而且在实验中，单缝衍射板尺寸不能对微波进行严格的限制，使出射微波从两边绕过衍射板，与原单缝衍射微波发生干涉，导致衍射图样出现严重畸变。2. 实验的精确性难以控制。双缝干涉实验当中，由于干涉22 / 46板并不能做到严格与出射微波波矢垂直，导致干涉图样在正负两端不对称，使得干涉极大值和极小值所对应角度和理论值的百分差相对较大，这在本实验中表现的相当明显，以致可以较大影响到实验结果的精确度。3. 在做实验的过程中，容易观察到，模拟晶体的位置并不十分精确，而实验要求其形成方形点阵，显然，这一要求是难以达到的。这与实际的晶体晶格是有较大出入的。4. 微波的波长较长，这是选它做本实验的重要原因，但这也同时是其一大不足。当微波发出时，其定向性不是很好，衍射较大，所以实验室内杂波以及仪器发射波可能有部分直接进入接收端，未经反射。而另一方面，这些波相互干涉，对接收也造成了一定干扰，比如，在没有微波时，接收端就有信号，或者接收端接收到的信号相当不稳定，导致无法准确读数，从而影响对极大值点与极小值点的判断。23 / 465. 正是由于本实验的简单、直观和便于观察，使其精度不高。刻度盘以及电流表的最小刻度分别为 1和 2A，是无法与光波实验相比拟的。为尽可能减小这一影响，就对测量和操作提出了相当高的要求，这是比较难达到的。第*卷 第*期 中 国 海 洋 大 学 学 报 43；001005微波布拉格衍射摘要：本实验用一束微波代替 X 射线，观察微波照射到人工制作的晶体模型时发生的衍射现象，并验证著名的布拉格公式。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。本文对微波实验和布拉格衍射的原理、步骤、仪器进行了简要介绍，在此基础上用图表法，列表法及一元线性回归法进行数据处理和误差分析，并且在最后提出和验证了对于实验仪器方面的几点改进方案。关键词：微波布拉格衍射；X 射线；晶体结构分析；微波分光仪 中图法分类号: O4-3324 / 46文献标志码：A引言1913 年英国物理学家布拉格父子研究 X 射线在晶面上的反射时，得到了著名的布拉格公式，奠定了用 X 射线衍射对晶体结构分析的基础，并荣获了 1915 年的诺贝尔物理学奖。衍射现象是所有波的共性，所以微波同样可以产生布拉格衍射。微波的波长较 x 射线的波长长 7 个数量级，产生布拉格衍射的“晶格”也比 X 衍射晶格大 7 个数量级。通过“放大了的晶体”?模拟晶体研究微波的布拉格衍射现象，使我们可以更直观地观察布拉格衍射现象，认识波的本质，也可以帮助我们深入理解 x 射线的晶体衍射理论。本实验用一束波长为厘米的微波来代替 x 射线进行布拉格衍射的模拟实验。 实验原理谓的简单立方晶格，它由沿 3 个垂直方向 x、y、z 等距排列的格点所组成。间距 a 称为晶格常数晶格在几何上的这种对称性也可以用晶面来描述。把格点看成是排列在一层25 / 46层平行的平面上，这些平面称为晶面，用晶面指数来标志。确定晶面指数的具体办法如下：先找出晶面在 3 个晶格坐标轴上的截距，并处以晶格常数，再找出它们的倒数的最小整数比，就构成了该晶面的晶面指数。一个格点可以沿不同方向组成晶面，如下图 1 给出了 3 中最常用的晶面：面、面、面。晶面取法不同，则晶面间距不同。相邻两个面的间距等于晶格常数 a，相邻两个面的间距为 a/，相邻两个面的间距为 a/3。对立方晶系而言，晶面指数为的晶面族，其相邻两个晶面的间距为 d=a/12+n22+n32。(转 载于: 海达 范文 网:微波布拉格衍射实验报告) 晶体结构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。最简单的晶格是所图 1 晶体的晶格结构布拉格衍射在电磁波的照射下，晶体中每个格点上的原子或离子，其内部的电子在外来电场的作用下作受迫振动，成为一个新26 / 46的波源，向各个方向发射电磁波，这些由新波源发射的电磁波是彼此相干的，将在空间发生干涉。这同多缝光栅的衍射很相似，晶格的格点与狭缝相当，都是衍射单元，而与光栅常数 d 相当的则是晶体的晶格常数 a。它们都反映了衍射层的空间周期，两者的区别主要在于多缝光栅是一维的，而晶体点阵是三维的，所以晶体对电磁波的衍射是三维的衍射。处理三维衍射的办法是将其分解成两步走：第一步是处理一个晶面中多个格点之间的干涉；第二步是处理不同晶面之间的干涉。研究衍射问题最关心的是衍射强度分布的极值位置。对一维光栅的衍射，极大位置由光栅方程给出：d 错误！未找到引用源。=k?。在三维的晶格衍射中，这个任务是这样分解的：先找到晶面上点间干涉的 0 级主极大位置，再讨论各不同晶面的 0 级衍射线发生干涉极大的条件。微波入射到该模拟晶体结构的三维空间点阵时，因为每一个晶面相当于一个镜面，入射微波遵守反射定律，反射角等于入射角，如下图所示。而从间距为 d 的相邻两个晶面反射的两束波的程差为，其中 为入 射波与晶面27 / 46的夹角。显然，只是当满足 2dsin?错误！未找到引用源。=k?时，出现干涉极大。上述方程称为晶体衍射的布拉格公式。布拉格定律完整表述是：波长为?的平面波入射到间距为 d的晶面族上，掠射角为?，当满足条件 2dsin?=k?形成衍射极大，衍射线在所考虑的晶面的反射线方向。对一定的晶面而言，如果布拉格条件得到满足，就会在该晶面族的特定方向产生一个衍射极大。只要从实验上测得衍射极大的方向角?，并且知道波长?，就可以从布拉格条件求出晶面间距 d，进而确定晶格常数 a；反之，若已知晶格常数 a，则可以求出波长?。x图 2晶格的点面干涉28 / 46实验内容实验仪器介绍：由 a、?估算面衍射极大入射角?。 (2)调整仪器调整仪器使发射喇叭和接收喇叭正对， 并使电流输出接近但不超过电流表的 满度，用间距均匀的梳形叉检查晶格位置上的模拟铝球。 (3)测量峰值入射角转动模型使面或面的法线与载物台刻度盘 0o 重合，调整入 射角等于入射角，找到 ? ，测出各级衍射极大的入射角 ? 。根据已知晶格常数测波长。 根据已知波长测晶格常数 a。1.微波发生器 2.隔离器 3.发射喇叭 4.模拟晶体 5.接收喇叭 6. 晶体检波器 7.显示仪器 8.底座 9.分光台图 3 实验装置示意图29 / 46验证布拉格衍射公式： (1)估算理论值实验数据处理：表 1 实验数据面/30(k=1) 电流表 /60电流表212830 / 465272836962646667686931 / 46727441273234363832 / 4640424446表 2 实验数据面/(k=1) 电流表1381233 / 4623372340424446485053 54 5634 / 4660结论与分析由实验数据可以看出，对于晶面，当 等于 42及68(k=1)时达到衍射极大；对于面，当 =54(k=1)时衍射达到极强位置。 由晶格常数测定波长4中国海洋大学学报 2016 年 6 月有已知条件可知，u(?)?d2(sin?/cos?)?u2(?)a?4cm?,d?a2/2；有测量知，?4m?35 / 46当?45?时面衍射到达极大值。由公式 2dcos?k?,k?1 代入各参数，可得?2dcos?k?已知波长计算晶格常数由已知条件可知，?2m，选 k=1?时测得的角度?68，代入 2dcos?k? 得到 a?2m，计算不确定度u(a)?tan?u(?)?4m 最终表达36 / 46式为 a?u(a)?(?)cm误差分析1. 代入布拉格公式计算的晶格常数a=，但实验中是利用大梳子和肉眼的观察来确定小球等距的，准确性不高。 2. 发射臂和接收臂的喇叭正对与否也是通过肉眼观察来确定，给实验带来了一定的误差。3. 实验过程中各个实验小组的位置相距较近，会带来一定的影响。4. 计算时代入公式的波长为，并非实验计算得来，会有一定的误差。 5. 电流表读数不稳定，有时浮动较大，给读37 / 46数造成困难，带来一定的误差。 参考文献所以最终表达式为?u(?)?(?)cm一、学物理综合设计实验，中国海洋大学物理实验教学中心；二、王家伟，曲亦成；北京航空航天大学；布拉格实验和微波分光仪改进探究，2016三、白超平，张丹群；北京航空航天大学；微波布拉格衍射，2016四、晏于模，王魁香.近代物理实验.吉林大学出版社,五、刘列、杨建坤等，近代物理实验，长沙：国防科技大学出版社，2000北航基础物理研究性实验报告38 / 46专题：微波实验和布拉格衍射班级：第一作者：第二作者第三作者：摘要本实验应用一束波长约为 3cm 的微波，观察微波照射到人工制作的晶体模型时的衍射现象，用来模拟发生在真实晶体上的布拉格衍射，并验证布拉格公式。并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。本文对微波实验和布拉格衍射的原理、步骤、仪器进行了简要介绍，在此基础上对实验数据进行处理并进行了初步的误差分析，在最后提出和验证了对于实验仪器方面的几点改进方案。关键词39 / 46布拉格衍射 微波 单缝衍射 迈克尔逊干涉一、 实验目的【1】 了解微波的特点，学习微波器件的使用；【2】 掌握布拉格衍射原理并利用微博在模拟晶体上的衍射验证布拉格公式，测定微波波长；【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。二、 实验原理【1】 关于微波微波波长范围为 1mm-1cm，其波段介于超短波和红外线之间。微波还可以进一步细分为“分米波” 、 “厘米波” 、和“毫米波”等。本实验所用到的的微波波长为。40 / 46从本质上来说，微波与普通的电磁波没有什么不同，但其波长频率能量具有特殊的量值，使得微波具有既不同于普通电磁波又不同于光波的特点：波长短。其具有直线传播和良好的反射特性，所以在通讯、雷达、导航等方面得到广泛应用。频率高。其电磁振荡周期和电子在电子管内部的电极间渡越时间相近，因此普通电子管已经不能用作微波振荡器、放大器和检波器，而必须改用微波元件。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，所以其广泛用于宇宙通讯、卫星通信等方面。量子特性，在微波波段，单个量子的能量约为 10-610-3eV，刚好处于原子或分子发射或吸收的波长范围内。人们可以借助这个特点去研究原子和分子结构。【2】 晶体结构41 / 46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。最简单的晶格是所谓的简单立方晶格，它由沿 3 个垂直方向 x、y、z 等距排列的格点所组成。间距 a 称为晶格常数。晶格在几何上的这种对称性也可以用晶面来描述。把格点看成是排列在一层层平行的平面上，这些平面称为晶面，用晶面指数来标志。确定晶面指数的具体办法如下：先找出晶面在 3 个晶格坐标轴上的截距，并处以晶格常数，再找出它们的倒数的最小整数比，就构成了该晶面的晶面指数。一个格点可以沿不同方向组成晶面，如下图给出了 3 中最常用的晶面：面、面、面。晶面取法不同，则晶面间距不同。相邻两个面的间距等于晶格常数 a，相邻两个面的间距为，相邻?a?sin?两个面的间距为立方晶系而言，晶面指数为的晶面族，其相邻两个晶面的间距为d?图一【3】 布拉格衍射42 / 46在电磁波的照射下，晶体中每个格点上的原子或离子，其内部的电子在外来电场的作用下作受迫振动，成为一个新的波源，向各个方向发射电磁波，这些由新波源发射的电磁波是彼此相干的，将在空间发生干涉。这同多缝光栅的衍射很相似，晶格的格点与狭缝相当，都是衍射单元，而与光栅常数 d 相当的则是晶体的晶格常数 a。它们都反映了衍射层的空间周期，两者的区别主要在