שם הניסוי: מיקרו-גלים

Transcript

1 שם הניסוי: מיקרו-גלים Ver 2. (21) 1. מטרת הניסוי הכרת ההתנהגות הגלית של קרינה אלקטרומגנטית בתחום אורכי הגל של סנטימטרים ושימוש בגלים אלו להדגמת תופעות באופטיקה פיסיקלית. ספרות: James Benford, John Swegle High Power Microwaves (library location TK7876.B44) 1992 Feynman Physics Lectures Vol. 2 ch. 23,24 (cavity resonator, waveguides) P. Parker: Electronics, pp ch. 13 pp Montgomery: Technique of Microwave Measurements ch. 2;pp 21-28, Berkeley Laboratory Physics Solid State Physics: Charles Kittel, Second edition, p 1-17, 22-35, הקדמה גלי המיקרו נתגלו לראשונה ב ע"י היינריך הרץ, אך שימושים מעשיים נמצאו להם רק באמצע המאה ה- 2, לאחר שפותחו שפופרות אלקטרוניות מתאימות להפקתם ביעילות. גלי המיקרו הם חלק מהספקטרום האלקטרומגנטי עם אורך גל של אחד עד מספר סנטימטרים בודדים )תדירות מסדר גודל של בין עשרות למאות.)GHz ישנם שימושים רבים לקרינת המיקרו-גלים השימוש החשוב ביותר שלהם הוא בתחום התקשורת. מכיוון שאורך הגל של גלי מיקרו הוא הקצר ביותר מבין גלי הרדיו, אפשר לשדר את הגלים האלה באלומות צרות יחסית, ולקבל שידור וקליטה כיווניים. לכן משתמשים בגלי מיקרו להולכת נתונים בין תחנות ממסר הממוקמות על כדור הארץ, וכן בין תחנות הממוקמות על כדור הארץ לבין לוויינים החגים בחלל החיצון. כך נושאים גלי המיקרו שידורי טלוויזיה, טלפוניה )כולל תקשורת סלולרית(, מערכות מכ"ם, תקשורת אלחוטית,Bluetooth תנורי המיקרוגל וחלק ממערכות ניסוי במאיצי חלקיקים וכו'. 1

2 ייצור קרינת המיקרו גל הינו אתגר טכנולוגי ומדעי בפני עצמו. קיימות שיטות רבות ליצור קרינת מיקרו כגון: מעגלים אלקטרונים, מייזר, )מכשיר הדומה ללייזר, אך פועל בתחום גלי מיקרו ומשגר אותם באלומה צרה מאוד(, לייזר אלקטרונים חופשיים והקליסטרון (Klystron) שמשמש ליצירת גלי המיקרו בניסוי זה. 3. תיאוריה מערכת הניסוי שלנו כוללת שני מרכיבים עיקרים, מערכת יצירת גלי המיקרו )בניסוי זה משתמשים בקליסטרון מסוים שנקרא )Reflex Klystron ובמקלט הקולט את גלי המקרו ונותן זרם הפרופורציוני לעוצמת הגל. חללי תהודה )מהוד( לגלי מיקרו Resonators) (Cavity בדומה למהוד של לייזר, ניתן לקבל חלל תהודה גם לגלים בתחום של המיקרו. לשם כך אנו זקוקים לקופסה מוליכה בעלת גיאומטריה כלשהי )לדוגמה: גליל, תיבה, וכו'(. torrid כדי שלא יוצרו זרמים על דפנות הקופסה יש לדרוש שהשדה החשמלי המקביל לפני הקופסה והשדה המגנטי הניצב לשפות השונות של הקופסה יתאפס. ניתן ליצור שדה חשמלי משתנה בתדירות ω בתוך הקופסה המתכתית, בעזרת זרם חשמלי המשתנה באותה התדירות. לצורך הדגמה ניקח קופסה בעלת גיאומטריה גלילית שרדיוסה הוא: פרוט של הפתרון מקסוול. a )ראה,)Feynman Physics Lectures Vol. 2 chapter 23 בריק ללא מטענים וזרמים הם: ( a) E ( b) B () c ( ) B E t 1 E d B c 2 t תוך התייחסות לתנאי השפה המתאימים, השדה החשמלי המתקבל הוא: כאשר משוואות )6( )( E E e J r c i t r רדיוס הלוחות, c מהירות האור ו- J פונקצית בסל מסדר 2, המוגדרת כטור: 2

3 )3( x x x J x או בתיאור גרפי: איור 1 : תאור גרפי של פונקצית בסל מסדר אפס במקרה זה. r x c 6 מאיור פעמים. האפס הראשון הוא ב- השדה אז החשמלי האלקטרומגנטית תהיה ברזוננס. ברדיוס הגדלתו של במרחק ניתן לראות כי פונקצית בסל חוצה את האפס מספר x 2.45 לכן אם נבחר תדר כזה שיקיים a c 2.45 r a "כלואה" )על השפה( בתוך הגליל, התדר תגרום לכך שהשדה 2. יהיה r לא יתקיימו ואז a תנאי השפה, במצב זה, התנודה כלומר המתקן והמקור נמצאים החשמלי לא יתאפס על פני הגליל לכן לא תיווצר תנודה אלקטרומגנטית בתדר שלא מקיים את השוויון הנ"ל )כנ"ל כאשר מקטינים את התדירות(. תדר זה: )4( 2.45 c a נקרא תדר תהודה של הגליל. מכיוון שהשתמשנו באפס הראשון של פונקצית בסל זהו התדר הראשון. כמובן, ישנם עוד תדרים אפשריים לתהודה המקיימים את תנאי השפה וזאת בסדרים גבוהים יותר לפי נקודות האיפוס של פונקצית בסל. 3

4 באופן אידיאלי לפי משוואות מקסוול 1c ו 1d ישנו קשר מוגדר בין שדה חשמלי המשתנה בזמן לבין השדה המגנטי שמשתנה בהתאם כלומר, השדות "מזינים" אחד את השני כך, שהשדות החשמליים והמגנטים מקיימים את עצמם. למעשה, מערכת כזו יכולה לכלוא את האנרגיה בתוך המהוד ולהחזיק את עצמה ללא מקור חיצוני. אולם, במציאות אמפליטודת התנודה תדעך עם הזמן מאחר והחומר ממנו עשוי הגליל איננו מוליך אידיאלי אלא בעל התנגדות סופית, שיגרום לדיסיפציה של אנרגיה. לכן יש צורך לחדש את התנודה בעזרת מקור חיצוני אם רוצים שהתנודה תישאר כלואה בתוך המהוד. הקליסטרון Klystron( (Reflex כאמור ישנם מספר דרכים ליצור מיקרוגלים אחד מהדרכים הוא באמצעות הקליסטרון. בניסוי נשתמש בסוג של קליסטרון היוצר את קרינת המיקרוגל בעזרת קרן אלקטרונים וחלל תהודה אחד )ישנם קליסטרונים מסוגים שונים המכילים מספר חללי תהודה(. קליסטרון זה מיצר קרינת מיקרוגל בהספק של דיפול שמשדרת אותה דרך מוליך גלים העשוי בצורת שופר. המבנה הסכמאטי של הקליסטרון מתואר באיור : 25mW אשר מועברת לאנטנת איור : 2 מבנה סכמאטי של Reflex Klystron 4

5 עקרון פעולה: המתחים בין הקתודה לאנודה )V 1 ( אלקטרונים נפלטים מהקתודה כתוצאה מפליטה תרמיונית. המרת האנרגיה החשמלית לאנרגיה קינטית ( גורם לאלקטרונים.) 1 mv 2 ev 2 1 את אנודה בפעם הראשונה הם נתקלים בהפרש מתחים שלילי הפרש לנוע לעבר האנודה על ידי כאשר האלקטרונים עוברים ה V 2 מאט אותם אשר ו"דוחה" אותם בחזרה לכיוון האנודה )ראה איור (. בעוברם בפעם השנייה את האנודה נוצרים מטענים פוטנציאלים. שונים על השפות A ו B כתוצאה מהפרש פוטנציאלים של חלל התהודה אשר גורמים להפרש זה חלק מהאלקטרונים מואצים וחלק מואטים זאת בהתאם למהירותם ולהפרש המתחים, כך שמקרן האלקטרונים נוצרים למעשה צבירים )Bunches( של אלקטרונים, אשר בתורם מצטברים על השפות A ו B של האנודה. הצבירים נוצרים מכיוון שהאלקטרונים שוהים פרק זמן שונה בין המחזיר ו B בהתאם למהירותם. הפרש הפוטנציאלים בין B ל- A גורם לתנודת זרם אשר יוצרת גל אלקטרומגנטי בתוך חלל התהודה. האלקטרומגנטי בתדר השווה בדיוק לתדר תהודה כאמור בסעיף הקודם, של החלל יש ליצר )המהוד(. את הגל תהליך זה מתבצע ע"י שינוי מתח המחזיר שמשנה את תנועת הצבירים בין המחזיר ו- B ( באופן מעשי השינוי מתבצע דרך הנגד המשתנה בחלל התהודה מועבר באמצעות מוליך גלים בצורת שופר..) שבאיור R הגל האלקטרומגנטי הנוצר אל אנטנת דיפול באמצעות עניבת חשל אשר משדרת את הגלים יחידת המקלט בנויה מאנטנה בצורת שופר הדומה לזה של המשדר. המקלט קולט את גלי המיקרו באמצעות אנטנה ומייצר זרם הפרופורציונלי לאמפליטודת השדה. הזרם, מיושר באמצעות דיודה גבישית ועוצמתו פרופורציונית לעוצמת השדה. חשוב לציין כי אנטנת המשדר משדרת גל אלקטרומגנטי מקוטב מישורית. אנטנת המקלט לעומת זאת קולטת היטב רק גל אלקטרומגנטי מקוטב בכיוון מסוים. עוצמת הקליטה תהיה חזקה ביותר אם המשדר והמקלט מתואמים בניהם. אם אנטנת המקלט תסובב זווית כלשהי ביחס לכיוון הקיטוב של הקרינה הפוגעת תתקבל קליטה חלשה יותר מאשר אנטנת המקלט נמצאת בכיוון הקיטוב. 5

6 4. הכרת הציוד וחלקי הניסוי להלן רשימת הציוד ומכשירים דרושים לביצוע הניסוי )איור 4(, שכל החלקים ישנם )במידת הצורך העזר במדריך(. זהה את המכשור וודא איור 4: שרטוטים של חלקי המערכת 6

7 להלן רשימת הסריגים והפלטות המתכתיות הדרושים לביצוע הניסויים )איור 5(. זהה את הפלטות וודא שכל החלקים ישנם )במידת הצורך העזר במדריך(. שים לב, שבכל פלטה מעגלית יש חיתוך צידי שאותו ניתן להכניס לתוך התושבת המתאימה. HALF REFLECTOR FULL REFLECTOR (2) (FABRY-PEROT PLATE) POLARIZATION GRID SINGLE SLIT PLATE DOUBLE SLIT PLATE PROBE שרטוטים איור 5: של חלקי המערכת הדרושים לניסוי עקיפה והתאבכות 7

8 איור 6: שרטוט של מיכל הפלסטיק הדרוש לאחד הניסויים באיורים 7 ו 8 ניתן לראות את הסכמות החשמליות של המשדר והמקלט. כמו כן ניתן לראות את מבנה הפינים של בסיס הקליסטרון המתחים המסופקים ואת חלקיו. איור 7: שרטוט סכמאטי של המערכת החשמלית של המשדר איור 8: שרטוט סכמאטי של המערכת החשמלית של המקלט 8

9 איור : 8 חלקי מערכת הקליסטרון ותרשים סכמת הפינים של הבסיס 9

10 5. מהלך הניסוי הוראות הפעלה ראשוניות: המשדר עובד על מתח של 662 וולט. העזר בשנאי 22V/11V חבר את המשדר לתקע מתאים בשנאי ואת השנאי חבר לרשת החשמל. הצב מולו את המקלט כמוראה באיור 9 וכוון את עוצמת המגבר למספר 3. הפעל את המשדר, וודא שהמנורה האדומה דלוקה. המתן כשתי דקות לחימום הקליסטרון ולהתייצבות המכשור..6 באמצעות כפתור ההפעלה של המשדר, מצא ע"י סיבוב הכפתור את הנקודות בהן מתקבלת קריאה מקסימלית בסקלה שבמקלט. חזור למצב בו נתקבלה הקריאה הגדולה ביותר. פעולות אלה יש לבצע בעדינות.. במצב זה המשדר מוכן לניסוי ורק שינויים קלים תצטרך אולי לבצע במצבו של כפתור ההפעלה בהמשך הניסוי. 7 T 1cm 81 1cm R 9 מקלט משדר איור : 9 מבנה בסיסי של מערכת הניסוי הכוללת מקלט משדר והתקן המאפשר הוספה של רכיבים ביניהם 1

11 ניסוי מס' - 1 בדיקת הקיטוב של גלי מיקרו קיטוב של גל אלקטרומגנטי מוגדר כיוון התנודה של השדה החשמלי הנוצר על ידי הגל ביחס לכיוון ההתקדמות שלו. אם כיוון השדה נשאר קבוע ביחס להתקדמות הגל ניתן לומר שהקיטוב הוא ליניארי והשדה מתנודד על מישור יחיד. כאשר כיוונו של השדה החשמלי וגם האמפליטודה יכולים להשתנות עם הזמן מקבלים, שקצה הווקטור של השדה מצייר עקומה במישור, אופי העקומה קובע את סוג הקיטוב. )מומלץ לקרא את התיאוריה של הניסוי קיטוב להשלמה הידע בנושא קיטוב(. בחלק זה של הניסוי נדגים את המושג קיטוב של גלי-מיקרו. לכל מקטב מוגדרים צירי קיטוב, המקטב לגלי המיקרו הוא סריג מתכתי המורכב ממספר של חריצים שכיוונם ביחס לשדה הפוגע מגדיר את הקיטוב. כאשר גלי המיקרו עוברים דרך סריג המקטב )רוחב החריצים הוא בסדר גודל של אורך הגל( חלק מהאנרגיה עוברת בכיוון מוגדר דרך החריצים וחלקה נבלעת במקטב. כשהשדה החשמלי של הגל, פוגע בניצב לסריג )ראה איור 62(, האלקטרונים בתוך תילי הסריג כמעט ואינם זזים ממקומם כך שלא נוצרת קרינה מפוזרת מהסריג והסריג מעביר את כל הקרינה כמעט ללא הפסדים. E k k איור 11: גל מקוטב פוגע בסריג מתכתי כאשר השדה ניצב לתילי הסריג 11

12 אך אם נסובב את הסריג כך שכיוון השדה הוא במקביל לכיוון התילים שבסריג, השדה החשמלי של הגל הפוגע יגרום לאלקטרונים בסריג להתנודד כך שהאלקטרונים ישדרו קרינה המפוזרת מתוך תילי הסריג. התוצאה מחיבור של הגל הפוגע והגל המפוזר מהסריג תיצור התאבכות הורסת בניהם כך סה"כ הקרינה תתאפס. כאשר גל המקוטב ליניארית פוגע במקטב המסובב בזווית, מפרוק וקטורי של רכיבי השדה מתקיים הקשר:( cos( E E האמפליטודה של הגל העובר. כאשר E היא האמפליטודה של הגל הפוגע ו- E היא בניסוי זה יש להתחשב בכך שהמקלט קולט שדה בקיטוב שאם צורת הקיטוב משתנה קריאת המקלט תשתנה בהתאם. ליניארי אחד בלבד כך מהלך הניסוי: מקם את המערכת כמוראה באיור 66 )הערה: ניתן להיעזר גם בתמונות המופיעות בנספח( הצב את הסריג-המקטב )אופקיים(, רשום את הקריאה כשציר הקיטוב המתקבלת )קווי הרשת( במקלט, הם מקבילים ערך זה אמור להיות המקסימלית. לשם ההשוואה מדוד את העוצמה גם ללא סריג מקטב. לשולחן הקריאה הצב את הסריג המקטב כשציר הקיטוב )קווי הרשת( הם מאונכים לשולחן, ורשום את הקריאה שמתקבלת במקלט, ערך זה אמור להיות הקריאה המינימאלית. סובב את הסריג המקטב ב- 45 רשום את הקריאה במקלט במצב זה. ביחס להצבה הקודמת )הסיבוב במישור המקטב(. חזור שוב על המדידות אך הפעם המרחק שבין הקליסטרון למקטב הוא בערך במקום כ- 1cm בחלק הקודם. חזור על סעיפים 4cm 3,4,5 מעלות ביחס למשדר, הסבר את התוצאות. אך הפעם החזק את המקלט כך שהוא יהיה מסובב ב

13 POLARIZATION GRID 7 T 1cm 81 1cm R 9 מקלט משדר איור 11: מבנה המערכת למדידת הקיטוב של גלי המיקרו.7 בצע דיון בתוצאות, מסקנותיך לגבי כיוון הקיטוב של הגל?, 8. בדוק אם יש התאמה לביטוי: התאמה זאת נובעת מחוק מלוס? זכור, הסבר את ההבדלים בין המדידות השונות ורשום I I cos 2 הסבר ונמק! הקריאות המתקבלות במשדר הן של השדה ולא היא של היטל השדה על כיוון האנטנה(. מה במידה ויש התאמה כזאת, האם העוצמה של )המדידה 13

14 ניסוי מס' - 2 מדידות של גלים עומדים כדי לקבל גל עומד יש ליצור גל שיוחזר בפזה הפוכה של משוואת הגל היוצא מהמקור היא: y 1 Asin( t kx) y2 Asin( t kx) 18 לכיוון הגל המשודר, אם ומשוואת הגל המוחזר: - התדירות, - אורך הגל. f 2 ; k ; 2 f כאשר: התוצאה היא גל עומד מתקבל מסופרפוזיציה של הגלים. y y1 y2 2Asin( t) cos( kx) ניתן לראות שמשרעת הגל העומד A( x) 2A cos( kx) משתנה לאורך ציר ה והיא X כפולה מן המשרעת של כל אחד מן הגלים המתקדמים היוצרים אותו. כמו כן נקודות הצומת הן נקודות שבהן מתרחשת התאבכות הורסת בין הגלים. בנקודות אלה אין תנודה ומשרעת הגל העומד היא תמיד אפס. נקודות הקמר הן הנקודות שבהן מתרחשת התאבכות בונה. בנקודות אלה משרעת הגל העומד היא מקסימאלית )בערכה המוחלט(. המרחק בין כל שתי נקודות צומת סמוכות, או בין כל שתי נקודות קמר סמוכות, הוא מחצית אורך הגל:. באיור 6 ניתן לראות אופייניים שונים של גלים עומדים. 2 איור 6: תאור של גל עומד, אמפליטודת הגל העומד,והערך המוחלט של האמפליטודה 14

15 להלן אחת הדרכים לקבלת גל עומד בניסוי. הצב את מהערכת כמוראה באיור 63. במצב זה יוצאים הגלים מהמשדר פוגעים בפלטה המחזירה וחוזרים אל המקור. בין המשדר לפלטה המחזירה קליטה לפליטה הוא: יוצרו.)!18."PROBE" גלים עומדים חלקו של הגל )מדוע? יוסט הזזת הלוח המחזיר תגרום למקסימה ומינימה במקלט. רמז: הפרש הפאזה בין לכיוון המקלט באמצעות ה- במקסימום הראשון כוון את המקלט לקבלת קריאה גדולה ככל האפשר. רשום קריאה זו ורשום את מקום ה"מראה". באמצעות הבורג הזז את הלוח המחזיר לאחור ורשום את הקריאה במקלט; כל סיבוב שלם של בורג מתאים להזזה של 6 מ"מ. המשך את התהליך זה עד לקבלה של לפחות הזרם שנמדד במקלט שרטט גרף של שלוש מינימה/מקסימה. ערוך טבלה של מרחק הלוח המחזיר לעומת הגל העומד במונחים של מקום הלוח המחזיר לעומת הקריאה במקלט. האם תוכל לחשב את אורך הגל המשודר? אם כן, חשב את ערכו. בדוק התאמה של התוצאות לפונקציה מתאימה. בצע דיון מקיף בתוצאות, הערך את שגיאות המדידה והסק מסקנות מניסוי זה

16 כ) R מקלט PROBE 6cm 7 FULL REFLECTOR POSITION ATTACHMENT T 6cm 81 15cm משדר 9 איור : 13 מבנה בסיסי של המערכת לניסוי גלים עומדים ניסוי מס' - 3 עקיפה מסדק יחיד להרחבה על ניסויים 3,4,1,7 אינטרפרומטריה מומלץ לקרוא את החלק התאורטי של ניסוי בזווית הצב את המערכת כמוראה באיור סובב את המקלט ממקומו ב- ורשום את קריאת המקלט כל כ קריאות(. 5 מהן מסקנותיך הפיזיקליות מניסוי זה? עקיפה נתונה בנוסחה הבאה: )5( I I 2 sin sin( N ) sin 2 16

17 כאשר: - גודל קבוע התלוי בגיאומטריה של המערכת ובעוצמת הקרן הפוגעת בסריג. I N מספר הסדקים שמכסה האלומה הפוגעת בסריג. )1( d sin bsin - b רוחב הסדק d מרחק בין הסדקים 1cm T 1cm SINGLE SLIT PLATE 7 81 POSITION ATTACHMENT R משדר 9 מקלט איור 14: מבנה בסיסי של המערכת לניסוי עקיפה מסדק יחיד והתאבכות משני סדקים מדוד את רוחב הסדק והמרחק בין הסדקים. תאר גרף של קריאת המקלט כפונקציה של הזוית ובצע התאמה לגרפים שקיבלת עפ"י התיאוריה. מהתאמה זו קבל את אורך הגל. הסבר מדוע לא רואים מקסימות משניות בניסוי של התאבכות מסדק יחיד. 17

18 ניסוי מס' - 4 התאבכות משני סדקים חזור על ניסוי מספר 3 עבור הפלטה בעלת שני סדקים. הקפד לרשום את המדויק של המקסימה והמינימה בכל הזויות. מדוד את המרחק בין הסדקים )מרחק מרכזיהם!( ואת רוחבו של הסדק. חשב את מיקומם התיאורטי של המקסימה והמינימה. בדוק התאמה לתוצאות הניסוי. הרחק מעט את המקלט וחזור על המדידות. מהן מסקנותיך? מיקומם תאר גרף של קריאת המקלט כפונקציה של הזוית ובצע התאמה לגרפים שקיבלת עפ"י התיאוריה ומהתאמה זו קבל את אורך הגל. ניסוי מס' - 5 מדידת גורם שבירה הצב את המכשיר כמוראה באיור 65 א'. מלא את מיכל הפלסטיק בנסורת והצב אותו כמוראה באיור זה. סובב את המקלט עד לקבל קריאה מקסימלית. הורד אותו בזהירות ומדוד את הזוויות, כמוראה באיור 5 חשב את גורם השבירה. חזור על המדידה עבור זווית הפגיעה של פוליאתילן(. ב 6 6 ועבור חומרים אחרים )חול יבש, סוכר,

19 7 REFRACTION TANK T 1cm משדר 9 1cm מקלט R איור 15 א: מבנה בסיסי של המערכת לניסוי מדידת גורם שבירה NORMAL INCIDET BEAM i r REFRACTED BEAM איור 15 ב: מהלך קרני המיקרוגלים שפוגעים במיכל המכיל את חומר המדידה )החומר שבו משתמשים למדוד מקדם שבירה( 19

20 ניסוי מס' - 6 מדידת אורך גל באמצעות סריג התאבכות התנאי להתאבכות בונה בין שתי קרניים סמוכות הפוגעות בסריג אנכית נתון ע"י )7( d sin( u) m u d=2.7cm( כאשר d הוא עובי הסדק במערכת שלנו(, זווית השבירה )ביחס לאנך לסריג(, m סדר השבירה, אורך הגל. האם תיתכן התאבכות בונה מעבר לסדר בדוק נמק את תשובתך. הסדק? אפס כאשר אורך הגל גדול מעובי במקרה שבו הקרניים פוגעות בסריג בזווית i ביחס לאנך )איור 67(, הפרש הפאזה בין קרניים סמוכות גדל כתוצאה מזוית הפגיעה והנוסחה להתאבכות בונה נתונה ע"י )8( d(sin i sin u) m מהלך הניסוי : 45 הצב את המערכת 61, כמוראה באיור כאשר הסריג יונח בזווית כלשהי לדוגמה מעלות. את סובב המקלט עד לקבלת מינימום והמשך הלאה עד לקבלת מקסימום ראה איור 67. זהו מקומו של מרכז האלומה שנשברה ע"י הסריג. חשב את זווית הפגיעה וזווית הפיזור. חזור על המדידה עבור שתי זוויות פגיעה )בסריג( נוספות, חשב את אורך הגל!.1.2 HALF REFLACTOR 7 T 1cm 81 1cm R 9 מקלט משדר איור 16: מבנה בסיסי של המערכת לניסוי מדידת אורך גל באמצעות סריג התאבכות. 2

21 NORMAL D i W u R איור 17: מהלך קרני המיקרוגל שפוגע בסריג התאבכות ניסוי מספר - 7 האינטרפרומטר של מיכלסון הצב את המערכת כמוראה באיור 18. על ידי הצבת הלוחות המחזירים על כניהם והזזות עדינות של המשדר, השתדל לקבל מינימום חד ככל האפשר. הזז את אחד הלוחות המחזירים עד לקבלת 4 מינימות ורשום את המיקום של הלוח עבור כל מינימה, חשב את אורך הגל. בחלק זה יש לקבוע נקודת 2 כנקודה ממנה מתחילים להזיז את המכשיר. הצב את המערכת על נקודת ה 2 שנקבעה בסעיף. 3 הכנס את משטח הפרספקט/עץ בין הPROB לבין ה"מראה" ומדוד מיקום 4 נקודת מינימום חדשות. מדוד מהו הפרש המרחק עץ. ( ) הדרוש לקבלת מינימום מחדש )ביחס למצב ללא המשטח(, חשב את גורם השבירה וחזור על התהליך עבור משטח פרספקט בעובי שונה ועבור משטח 21

22 )9( n 1 d גורם השבירה ניתן ע"י המשוואה: כאשר d עובי הלוח הנבדק. )רמז: לאיזה כיוון יש להזיז את המראה?( 5. הוכח את הנוסחה. POSITION ATTACHMENT FULL REFLACTOR 1cm HALF REFLACTOR 7 1cm 81 1cm R 9 מקלט 1cm T משדר איור 18: מבנה בסיסי של אינטרפומטר מיכלסון 22

23 ניסוי מס' - 8 האינטרפרומטר של פברי פרו עיקרון הפעולה של אינטפרומטר פברי-פרו הוא גל החזרת הלוך ושוב במהוד באמצעות שני משטחים בעלי מקדם החזרה גבוהה המונחים בקצוות המהוד. במקרה שבו אורך הגל מקיים את התנאי 2L m,כאשר L הוא המרחק בין שתי המשטחים המחזירים ו m מספר שלם כלשהו, תתקיים התאבכות בונה עוצמה מקסימאלית, אחרת העוצמה תהיה מינימאלית. בתוך המהוד ותתקבל מהלך הניסוי קרא למדריך ובנוכחותו פרק את השופרות מהמשדר והמקלט והרכב את הלוחות המחזוריים. הזהר לבל תפיל את השופרות, בתוצאות הניסויים הבאים. שכן כל שינוי בהם יגרום לשינויים כפי ששמת לב יש חור במרכז הלוחות המחזורים. הם יאפשרו קליטה ושידור. הצב את המערכת כמוראה באיור 69. בעדינות מרובה הזז את המקלט מהמשדר עד לקבלת רזוננס חד. הלוחות ישווה עתה ל- 2 /. רזוננסים נוספים יקרו ברווחים של /. 2 המרחק בין מצא עוד שני רזוננסים ושרטט גרף של העוצמה כפונקציה של מרחק לוחות האינטרפרומטר FABRY-PEROT PLATES MINIMUM SPACING POSITION ATTACHMENT 81 T R 9 מקלט משדר איור 19: מבנה בסיסי של אינטרפומטר פברי-פרו 23