5.5 (810744), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Диагональные грани призм ограничивают воздушную прослойку, ширина которойможет изменяться с помощью микрометрических винтов M 1 и M2 .Источником радиоволн служит СВЧ-генератор Г4-115, работающий в непрерывном режиме. Основным элементом генератора является специальная лампа — клистрон, генерирующая СВЧ-колебания. От клистрона к рупорной антенне A 1 энергия СВЧ-колебаний передается по прямоугольному волноводу. Клистрон возбуждает в волноводе линейно поляризованную электромагнитную волну, которая с помощью рупорной антенны излучается в пространство. Электрический вектор волны, бегущей вдоль волновода и излучаемый антенной, перпендикулярен широкой стенке волновода.Вторая рупорная антенна A2 служит приёмником волн.
Попадаяв антенну A2 , электромагнитная волна распространяется далее в89Все сказанное выше применимо не только к световым волнам,но и к электромагнитным волнам других диапазонов. В настоящейработе исследуется распространение СВЧ-радиоволн.волноводе. Детектор D, расположенный в волноводе, подсоединяется к микроамперметру. Ток детектора пропорционален интенсивности принимаемого антенной электромагнитного излучения.Аттенюатор Ат позволяет ослаблять сигнал.В положении I антенна A2 принимает сигнал, прошедший воздушный промежуток, в положении II — сигнал, отраженной отвоздушного промежутка.Установка позволяет смоделировать интерферометр МайкельсонаA2(рис. 3).
В качестве делителя исЗ2пользуется воздушный зазор межMA1ду диагональными гранями призм;П16зеркало З1 установлено неподвиж?но, зеркало З2 может перемещатьсяП2с помощью микрометрического винЗ16та M .Для измерения показателя преРис. 3.
Схема, моделирующаяломления материала призм интеринтерферометр Майкельсонаференционным методом перед неподвижным зеркалом устанавливается пластинка из фторопласта известной толщины d. В этом плече интерферометра возникает приращение длины оптического пути ∆ = 2d(n − 1). Можно скомпенсировать это приращение, передвинув подвижное зеркало на необходимое расстояние x 0 . Показатель преломления определяется из условиямежду призмами из фторопласта; убедиться, что энергия сохраняется (R + T = 1) и что интенсивность прошедшей волны убываетпо логарифмическому закону; рассчитать показатель преломленияматериала призм; используя схему интерферометра Майкельсона,снять зависимость сигнала от координаты подвижного зеркала,чтобы рассчитать длину СВЧ-волны; определить показатель преломления фторопластовой пластины известной толщины.I.
Подготовка приборов к работеВ работе предлагается: снять зависимость интенсивностей прошедшей и отражённой волн от величины воздушного промежуткаМощность сигнала, снимаемого с генератора Г4-115, невелика,поэтому излучение не представляет опасности для здоровья человека. Тем не менее, заглядывать в открытый волновод при включённом генераторе не рекомендуется.Настройте генератор, руководствуясь техническим описанием (ТО),расположенным на установке.Установите столик с призмами (рис. 2) так, чтобы воздушныйзазор был ориентирован под углом 45 ◦ к падающему лучу (наглаз). Для увеличения диапазона изменения воздушного промежутка установите винт левого микрометра (M 1 ) в соответствующее положение.
Вращением винта правого микрометра (M 2 ) уберите воздушный промежуток.Расположите приёмную антенну на одной прямой с передатчиком.Снимите металлическое зеркало, стоящее на пути луча.Слегка поворачивая столик и приёмную антенну вокруг вертикальной оси, методом последовательных приближений добейтесьмаксимального отклика микроамперметра и закрепите оба рейтера.Вращением ручек генератора (12 — установка частоты — и 7 —установка генерации плавно) настройтесь на максимальную выходную мощность клистрона, наблюдая за показаниями микроамперметра.Если ток слишком велик, уменьшите его, вращая ручку аттенюатора Ат, расположенную на приёмной антенне. В отсутствиезазора прошедший сигнал должен составлять 80–90% шкалы амперметра.1011x0 = d(n − 1).1.2.3.(19)Для толстых пластин, когда ∆ > λ, необходимо учесть изменениепорядка интерференции. Это можно сделать, зная приближённоезначение показателя преломления фторопласта (n ' 1,5).Формулу, учитывающую изменение порядка интерференции,студентам предлагается вывести самостоятельно.ЗАДАНИЕ4.5.
Вращением ручки 8 добейтесь загорания контрольной лампочки10 и определите рабочую частоту клистрона по шкале 9. Рассчитайте соответствующую длину волны.1.2.3.4.5.II. Зависимость коэффициентов отражения и прохождения волныот величины зазораСнимите зависимость интенсивности прошедшей волны от величины зазора l (используйте только правый микрометр и устраняйтелюфт!).
Если с увеличением зазора интенсивность падает монотонно, значит, призмы ориентированы правильно, и можно продолжать измерения; если нет — попытайтесь небольшим поворотомстолика избавиться от интерференции и добиться монотонного хода кривой.Переставьте приёмник для измерения отражённого сигнала. Слегка поворачивая столик и приёмник, добейтесь, чтобы отклик амперметра на отражённый сигнал при максимальном зазоре былравен отклику на прошедший сигнал при нулевом зазоре.Снимите зависимость интенсивности отражённой волны от величины зазора.Для выполнения следующего упражнения установите такую величину зазора, при которой ток равен половине максимального.Переставляя приёмник, убедитесь, что T ' R ' 0,5.Постройте на одном листе графики зависимости коэффициентов Tи R от величины зазора l, пронормировав токи на величину I max .Проверьте, выполняется ли соотношение T + R = 1.Постройте график ln T = f (z), где z — показания микрометра.Проверьте, лежат ли полученные точки на одной прямой, как этого требует формула (17).
По наклону прямой рассчитайте длинузатухания Λ, а затем по формуле (18) — величину n sin ϕ 1 (n —показатель преломления материала призм, ϕ 1 — угол падения волны на воздушный промежуток, λ2 — длина СВЧ-волны в воздухе).Рассчитайте величину n; при этом в условиях нашего опыта можно не учитывать, что входная плоскость призмы П 1 наклонена наугол ϕ = 8◦ по отношению к фронту падающей волны.III. Интерферометр Майкельсона1.
Соберите схему интерферометра Майкельсона (рис. 3), используя12в качестве делителя воздушный зазор между призмами. Оптимальный размер зазора соответствует равенству T ' R ' 0,5. Установите на место неподвижное металлическое зеркало.2. Снимите зависимость тока от координаты x подвижного зеркала.По графику I = f (x) определите экспериментальное значение длины волны СВЧ-излучения.Обычно максимумы размыты, поэтому определение длины волны будет более точным, если взять координаты, соответствующиемаксимальным производным dI/dx. Сравните экспериментальнуюдлину волны с величиной, рассчитанной по частоте.3. Для измерения показателя преломления фторопласта интерференционным методом настройте интерферометр на максимальную интенсивность и поместите пластину известной толщины d переднеподвижным зеркалом.
Скомпенсируйте возникшее увеличениеоптической длины пути, передвинув (удалив от призм) подвижное зеркало на необходимое расстояние x 0 . Рассчитайте показательпреломления фторопласта по формуле (19).4. Сравните результаты измерения n интерференционным методом иметодом туннелирования.Контрольные вопросы1.
Какой угол называется предельным углом полного внутреннего отражения? Чему он равен?2. При полном внутреннем отражении амплитуда отраженной волны выражается комплексным числом. Какой физический смысл имеют модульи аргумент этого числа?3. Что такое неоднородная волна? Как направлен вектор Умова–Пойнтинга в такой волне?4.
В чем заключается явление туннелирования волн? Чем отличается этоявление от обычного прохождения волн через тонкие прозрачные пластинки?СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Ландсберг Г.С. Оптика. — М.: Наука, 1976. Гл. XXIII, § 135; гл. XXIV,§§ 137–139.2. Сивухин Д.В. Общий курс физики.
— Т. IV. Оптика. — М.: Наука, 1985.Гл. V, §§ 63–66.3. Калитеевский Н.И. Волновая оптика. — М.: Высшая школа, 1978. Гл. II.13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
