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微波光學

電磁波

圖片來源：維基百科-電磁輻射

電磁波：

γ射線、X射線、紫外光Ultraviolet（UV）、可見光Visible light、紅外光Infrared（IR）、微波、無線電波（FM、AM）、長波

可見光

波長 $400 nm$ ~ $700 nm$ （ $1 nm=10^{-9}m$ ）

微波

波長 $1mm$ ~ $1m$

同樣是電磁波，光和電磁波都滿足相同的物理定律，我們利用波長較長，且較容易操作與量測的微波來驗證光學原理。

微波性質

1）發射器和接受器都要接電源！使用時按下電源開關。

發射器的電源孔在測邊，要接『12V』變壓器。

接受器的電源孔在下方，要接『18V』變壓器。

2）接收器側邊的HI/LO鈕，請調在 HI，

3）調整刻度轉盤，使得兩邊直尺在同一直線上。

4）調整發射器和接受器在尺的位置，找到毫安培計讀值相對極大的距離 R，紀錄電流 I。（毫安培計範圍：1 mA）

5）調整發射器和接受器在尺的位置（亦即改變距離R，每次移動距離約在 1 - 2 cm），留意：不要讓毫安培計爆表。依序找出相對極大與相對極小的距離 R 並紀錄電流 I。

6）找出微波波長 $\lambda$ ，計算微波頻率？

實驗講義P38：兩個相鄰最大振幅或是相鄰振幅為零的位置距離為 $x=\dfrac{\lambda}{2}$ 。

7） $\log I-\log R$ 圖

兩相鄰最大（或最小）振幅的距離為 $\dfrac{1}{2}\lambda$

反射

1）旋轉刻度轉盤，使得發射器和接受器形成夾角。

2）微調金屬片方向。

3）旋轉刻度轉盤，使得接收器得到電流最大值。

折射

1）將保麗龍稜鏡盒裝滿白色顆例（聚苯乙烯）並置放在金屬柱上。

2）發射器貼近稜鏡盒長邊（垂直入射）。

3）旋轉刻度轉盤，使得接收器得到電流最大值。

注意：介質進入空氣 $n sin\theta_1=n_{air} sin\theta_2$

$n=\dfrac{n_{air} \sin\theta_2}{\sin \theta_1}=\dfrac{\sin \theta_2}{\sin \theta_1}$ （ $n_{air}=1$ ）

偏極

1）發射器固定，旋轉接收器角度，記錄電流值。

2）發射器轉45度，旋轉接收器角度，記錄電流值。

3）發射器轉45度，放入光柵，旋轉接收器角度，記錄電流值。

4）角度-電流圖

干涉與繞射

1）調整刻度轉盤，使得兩邊直尺在同一直線上。移動接收器，找到電流相對極大位置。

2）放入雙狹縫，旋轉刻度轉盤，使得 θ>0（或 θ<0），紀錄電流相對極小和相對極大時的角度 θ。

本實驗室使用的微波發射器頻率為10.5GHz

$\lambda=\dfrac{3*10^8 m/s}{10.5*10^9 Hz}\approx 0.0286m=2.86cm$

【補充】關於微波爐

微波爐使用的是 2450MHz（波長約 12.24cm）的電磁波。

微波爐只能將其耗用的部份電能轉為熱能，以一個1100W的微波爐為例，一般只有700W的微波產生，效率為64%。雖然產生微波的效率不高，但因為微波加熱不會浪費熱能於器皿上，也較小在空氣中散失，所以仍有不差的效率。

資料來源：維基百科-微波爐