什么是微波光学?

什么是微波光学?

[拼音]：weibo guangxue

[外文]：microwave optics

微波与光学相互渗透、密切结合的一个边缘学科。

微波和光波都属于电磁波，它们都遵守麦克斯韦方程组，因而存在着明显的共性：都是在自由空间以速率c（≈3×108米／秒）传播的横电磁波;在不同媒质的分界面上都会发生反射、折射、散射、绕射、干涉等现象；它们都满足波动的基本规律（如叠加原理、多普勒效应、惠更斯原理等）。但微波和光波又因波长不同而各有其特点：

（1）微波的波长比光波要大几个数量级，虽可采用比较成熟的光学方法来设计各种微波装置，例如采用反射镜或透镜来聚焦微波能量，但绕射效应一般不能忽略。另一方面，除天然介质外还可以制成多种微波人造介质，设计较灵活；

（2）一般光源是非相干的多色源，不容易进行频率调谐、放大和电控，微波则是相干的单色源，可以采用超外差接收方案，其灵敏度比光检测器高很多；

（3）一般光源是非偏振辐射，而微波通常辐射线偏振或圆偏振波。

微波几何光学

用射线法来分析微波在媒质中的传播特性，并用几何光学原理来设计天线。诸如：几何光学法能近似适用的比值（λ／D）的上限(其中λ是波长；D是天线口径尺寸)；非球面透镜或反射镜聚焦微波能量的可能性和公差分析；减轻透镜重量的结构型式；各种人造介质材料（包括折射率 n连续变化的材料和实用的电控介质材料）以及赋形波束天线等，都已获得不同程度的解决。

微波物理光学

只有在波长λ远小于物体尺寸D 的条件下，几何光学的分析才是正确的，否则就会出现绕射现象。当微波投射到一定尺寸的障碍物时会出现散射现象，但只对均匀、各向同性媒质中的少数几种简单几何形状的障碍物才能求得散射场的精确解。对于复杂形状的障碍物则须应用各种近似方法（见电磁波射线理论、电磁场的泛函法）计算散射场。微波物理光学可用于研究：建筑物对天线辐射特性的影响；飞行目标对微波的散射截面的估算；雨滴对微波的散射与吸收；超高增益、超低副瓣反射镜天线的设计；根据天线近区场的测量推算其远区场；绕射效应对光学型微波装置的影响等方面。

微波光学装置

根据已有的光学仪器原理设计制成的微波装置。迄今除反射镜、透镜天线和天线阵外，还只有少数几种光学型微波装置得到实际应用，如用作测量材料电性能的各种干涉仪和光谱仪；根据雅满干涉仪原理制成的微波阻抗电桥等。

微波与材料的相互作用

当光波通过加有稳恒电场或磁场的某些材料时，会出现法拉第效应、卡顿－冒登效应、霍尔效应、克尔效应、斯塔克效应与塞曼效应等。原则上，这些效应也会在微波频率下出现。应用法拉第效应与卡顿－冒登效应可制成隔离器、环行器和相移器等微波器件。

准光技术

可用以制成各种新型的毫米波、亚毫米波装置和网络元件（如波束波导、干涉仪、开放式谐振腔和光栅耦合器等），以及各种光波导装置(如光纤、光环行器、光双工器和集成光路元件等)。

参考书目

S.Cornbleet，Microwave Optics: The Optics of Microwave Antenna Design， Academic Press Inc.Ltd.，London，1976.