微波光学实验

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,近代物理实验26,微波光学实验,1,1907年诺贝尔物理学奖授予芝加哥大学的迈克尔逊以表彰他对光学精密仪器及用之于光谱学与计量学研究所作的贡献。,背景介绍,迈克尔逊以毕生精力从事光速的精密测量。他发明了一种用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉仪迈克尔逊干涉仪，在研究光谱线方面起着重要的作用。1887年他与美国物理学家莫雷合作，改进实验装置，否定了“以太”的存在，动摇了经典物理学的基础，为狭义相对论的建立铺平了道路,2,1915年诺贝尔奖授给W.H.布拉格和W.L.布拉格父子俩，以表彰他们在的杰出用X射线研究晶体结构方面所作出贡献。,背景介绍,1912年，W.L.布拉格在德国物理学家M.von劳厄发现X射线通过晶体产生衍射的基础上，进行了一系列实验，1913年提出布拉格公式。他们父子二人研究出晶体结构分析的方法，从理论及实验上证明了晶体结构的周期性和几何对称性，奠定了X射线谱学及X射线结构分析的基础，从而为深入研究物质内部结构开辟了可靠的途径,3,实验仪器,本实验采用北京大华无线电仪器厂生产的DH926AB型微波分光仪，结构图如图所示。,微波迈克尔逊干涉装置图,接收喇叭,发射喇叭,B移动板,A固定板,微波信号源,检流计,4,实验原理,微波波长通常划定范围为1mm-1m。众所周知，迈克尔逊干涉实验传统上是用可见光来进行的，而布拉格衍射则是英国物理学家布拉格父子用X射线在实际晶体中实现的。本实验是上述两个著名实验在微波领域的拓展，因此，通过该实验可以很直观地理解迈克尔逊干涉和布拉格衍射实验。,5,实验原理,1、,微波迈克尔逊实验,的偶数倍：干涉加强,的奇数倍：干涉减弱,A,固定反射板,B,可移反射板,发射喇叭,接收喇叭,图1、迈克尔逊干涉实验原理图,A板固定，B板移动，到接收喇叭电流计表头从一次极小变到又一次极小时，则B板移动,/2,的距离，由此可求得平面波的波长,接收喇叭接收到两列同频率、同振动方向的微波，当两列波的位相差为：,6,实验原理,1、,微波布拉格衍射实验,相邻晶面散射X射线发生干涉加强的条件是,图2、布拉格衍射实验原理图,布拉格,晶体衍射原理如图,2,所示,7,1、测量微波迈克尔逊干涉过程中B板每次移动的位移值及对应的接收信号强度，要求B板移动每次以尽可能小（如1mm）的步长移动，但总移动距离应尽可能大，使干涉极大和极小出现的次数多些。然后用不同级的干涉极大或极小根据公式求微波波长。,2、在不同衍射角观测微波对模拟晶体的布拉格衍射信号强度，并做出衍射信号强度随角度的变化曲线图，再利用图确定衍射峰的位置（角度），然后根据布拉格方程计算出微波波长或模拟晶体的晶格常数。,实验内容,8,最新进展,1、为了改善以量子效应为基础的半导体光电子器件的电学和光学特性，利用X 射线双晶衍射技术来检测器件的生长结构参数，以便予以控制和优化。,布拉格衍射效应在半导体光电器件中的应用与发展,2、,分布布拉格反射激光器,在半导体激光器内部建立一个布拉格光栅结构，用光栅代替激光器的腔面来分布式地反馈光。,9,最新进展,3、可调波长DFB/ DBR激光器,基本工作原理也是以布拉格衍射效应为基础，通过改变注入到布拉格光栅区的电流，(根据等离子体效应) 使光栅区的有效折射率发生改变，其布拉格波长也就会有相应的移动。,4、光纤布拉格光栅( FBG),采用全息曝光技术在光纤上制作各种波长的布拉格光栅。,10,