微波與光學相互滲透、密切結合的一個邊緣學科。

  微波和光波都屬於電磁波,它們都遵守麥克斯韋方程組,因而存在著明顯的共性:都是在自由空間以速率c(≈3×108米/秒)傳播的橫電磁波;在不同媒質的分介面上都會發生反射、折射、散射、繞射、幹涉等現象;它們都滿足波動的基本規律(如疊加原理、多普勒效應、惠更斯原理等)。但微波和光波又因波長不同而各各有其特點:①微波的波長比光波要大幾個數量級,雖可采用比較成熟的光學方法來設計各種微波裝置,例如采用反射鏡或透鏡來聚焦微波能量,但繞射效應一般不能忽略。另一方面,除天然介質外還可以制成多種微波人造介質,設計較靈活;②一般光源是非相幹的多色源,不容易進行頻率調諧、放大和電控,微波則是相幹的單色源,可以采用超外差接收方案,其靈敏度比光檢測器高很多;③一般光源是非偏振輻射,而微波通常輻射線偏振或圓偏振波。

  微波幾何光學 用射線法來分析微波在媒質中的傳播特性,並用幾何光學原理來設計天線。諸如:幾何光學法能近似適用的比值(λD)的上限(其中λ是波長;D是天線口徑尺寸);非球面透鏡或反射鏡聚焦微波能量的可能性和公差分析;減輕透鏡重量的結構型式;各種人造介質材料(包括折射率 n連續變化的材料和實用的電控介質材料)以及賦形波束天線等,都已獲得不同程度的解決。

  微波物理光學 隻有在波長λ遠小於物體尺寸D 的條件下,幾何光學的分析才是正確的,否則就會出現繞射現象。當微波投射到一定尺寸的障礙物時會出現散射現象,但隻對均勻、各向同性媒質中的少數幾種簡單幾何形狀的障礙物才能求得散射場的精確解。對於復雜形狀的障礙物則須應用各種近似方法(見電磁波射線理論、電磁場的泛函法)計算散射場。微波物理光學可用於研究:建築物對天線輻射特性的影響;飛行目標對微波的散射截面的估算;雨滴對微波的散射與吸收;超高增益、超低副瓣反射鏡天線的設計;根據天線近區場的測量推算其遠區場;繞射效應對光學型微波裝置的影響等方面。

  微波光學裝置 根據已有的光學儀器原理設計制成的微波裝置。迄今除反射鏡、透鏡天線和天線陣外,還隻有少數幾種光學型微波裝置得到實際應用,如用作測量材料電性能的各種幹涉儀和光譜儀;根據雅滿幹涉儀原理制成的微波阻抗電橋等。

  微波與材料的相互作用 當光波通過加有穩恒電場或磁場的某些材料時,會出現法拉第效應、卡頓-冒登效應、霍爾效應、克爾效應、斯塔克效應與塞曼效應等。原則上,這些效應也會在微波頻率下出現。應用法拉第效應與卡頓-冒登效應可制成隔離器、環行器和相移器等微波器件。

  準光技術 可用以制成各種新型的毫米波、亞毫米波裝置和網絡元件(如波束波導、幹涉儀、開放式諧振腔和光柵耦合器等),以及各種光波導裝置(如光纖、光環行器、光雙工器和集成光路元件等)。

  

參考書目

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