[发明专利]微波绕射系统

说明书

技术领域

本发明有关一种绕射系统，特别是一种利用微波模拟布拉格绕射的微波绕射系统。

背景技术

布拉格绕射(Bragg diffraction)已应用于X光结晶学上，以了解原子在晶体中的排列方式。就教学而言，利用X光、电子或中子来验证绕射现象不仅过于昂贵，且长期曝露于X光射线中对人体健康有害。此外，晶体的晶格结构无法为人眼所见，对于教学效果亦大打折扣。

利用微波照射模拟晶格结构的金属柱可克服上述问题且成本低廉。然而，现有的微波绕射系统仍有体积大、约需1～2米以及实验所获得的绕射角偏离理论值的问题。

综上所述，提供一种体积较小且呈现与理论值相近的绕射图案的微波绕射系统便是目前极需努力的目标。

发明内容

本发明的目的是提供一种微波绕射系统，其所呈现的绕射图案与理论值相近。

本发明的微波绕射系统包含二个平板、一晶格模型、一发射器以及一检测器。二个平板具有导电性，且相对平行设置以构成一平面波导。晶格模型包含多个规则排列的圆柱，且圆柱设置于二个平板之间。发射器设置于平面波导的外缘，用以朝晶格模型提供一微波。检测器设置于平面波导的外缘，用以检测晶格模型所反射的微波。

本发明的微波绕射系统可使绕射现象以二维的方式呈现，且通过适当设计的晶格模型，使本发明的微波绕射系统所呈现的绕射图案与理论值相近。此外，本发明的微波绕射系统使用较短波长的微波，因此，整个绕射系统的尺寸可大幅缩小。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效，其中：

图1为显示本发明一实施例的微波绕射系统分解图。

图2为显示本发明一实施例的微波绕射系统的组合图。

图3a为一俯视图，显示本发明一实施例的微波绕射系统的晶格模型。

图3b为显示本发明一实施例的微波绕射系统的晶格模型的立体图。

图4为显示本发明一实施例的微波绕射系统的晶格模型以及平面波导的相对位置的剖面图。

图5以及图6显示微波的入射角度θ_in以及散射角度θ_sc的关系图。

具体实施方式

请参照图1至图4，本发明的一实施例的微波绕射系统包含二个平板11a、11b、一晶格模型12、一发射器13以及一检测器14。平板11a、11b具有导电性，并相对平行设置，以构成一平面波导10。晶格模型12包含多个规则排列的圆柱121。借助适当设计，晶格模型12的圆柱121设置于平板11a、11b之间。举例而言，圆柱121设置于基板上，将基板设置于平板11a的开孔111中，使圆柱121突伸至平面波导中，如图4所示。换言之，模拟晶格结构中的原子的圆柱121即设置于平面波导10中。需注意的是，圆柱121亦可直接设置于平板11a或11b的内侧表面。于一实施例中，圆柱的半径小于等于λ/2π，其中λ为入射至晶格模型12的微波的波长。

接续上述说明，发射器13(仅绘示前端结构)设置于平面波导10的外缘，用以朝晶格模型12提供一微波。于一实施例中，入射至晶格模型12的微波的电场方向垂直于平板。举例而言，入射至晶格模型12的微波可为一TEM模式波。检测器14(仅绘示前端结构)亦设置于平面波导10的外缘，用以检测晶格模型12所反射的微波。举例而言，检测器14可将微波的能量转换成电压信号呈现。

于一实施例中，发射器13包含一第一模式转换器131，其设置于平板11a、11b之间，且其一端与发射器13连接。第一模式转换器131呈一号角形状，亦即第一模式转换器131的连接端内径小于其开放端内径。第一模式转换器131可将第一模式的微波转换成第二模式的微波再入射至晶格模型12。举例而言，第一模式转换器131将微波源所提供的TE₁₀模式的微波转换成TEM模式的微波。于一实施例中，第一模式转换器131的开放端内径宽度约等于或略大于晶格模型12的宽度，使入射至晶格模型12的微波可集中并涵盖整个晶格模型12。

于一实施例中，检测器14包含一第二模式转换器141，其设置于平板11a、11b之间，且其一端与检测器14连接。第二模式转换器141亦呈一号角形状，亦即第二模式转换器141的连接端内径小于其开放端内径。需注意的是，为了精确检测微波反射的角度，第二模式转换器141开放端内径宽度小于第一模式转换器131的开放端内径宽度。