微波物理学是研究微波与物质（宏观物体或微观粒子）的相互作用的一门科学，主要包含微波经典物理学和微波量子物理学。微波经典物理学研究微波在介质和波导系统中的传播，以及和带电粒子的相互作用等宏观现象，如微波热效应、微波传播、散射、衍射和干涉等。其理论依据是麦克斯韦方程组、材料的固有电磁性质和具体的边界条件。

基本介绍

主要包括(微波波谱学 微波磁学 微波等离子体物理学 微波超导技术 微波声学)

基本介绍

微波与光学相互渗透、密切结合而形成一门边缘学科，称微波光学。微波量子物理学研究微波和材料中的电子（自由电子、束缚电子、自旋电子和超导电子）、原子核和分子的相互作用，涉及微观的量子效应。微波量子物理学的研究是量子力学原理在较低的波动频率范围内的应用,其最主要特点是微波的能量子hv（h是普朗克常数；v是微波频率）很小,并且h与v可以测得很精确。

主要包括

微波量子物理学主要包括微波波谱学、微波磁学、微波等离子体物理学、微波超导技术、微波声学和微波半导体物理学。

微波波谱学

第二次世界大战之后，在利用军用微波设备研究原子、分子、原子核及固体波谱中的精细和超精细结构时，人们发现某些分子的转动波谱频率恰好落在 1～10吉赫的范围内。用光谱学方法是不可能分辨出这类精细或超精细结构谱线的跃迁（能量差）的，而微波却成为研究这些分子纯转动波谱的有力工具。其研究结果直接导致了微波激射器和激光器的发明，从而形成了一门新的边缘学科──微波量子电子学。微波还可以用来确定由电场或磁场所引起的谱线分裂（即史塔克或塞曼分裂）和核磁矩与核电四极矩的值（见微波和射频波谱学）。

微波磁学

研究微波和固体材料中自旋电子的相互作用。铁磁共振在磁学乃至固体物理学中都占有重要地位，它是微波铁氧体物理学的基础。随着旋磁媒质电动力学的发展,先后发现了铁氧体的法拉第效应、卡登-冒顿效应、场移效应与共振吸收效应，并研制出各种微波铁氧体器件（隔离器、环行器、相移器等）。此外，磁共振技术也是研究顺磁、亚铁磁、铁磁和反铁磁材料的有力工具。

微波等离子体物理学

等离子体是物质的第四态，是流动的、通过库仑力耦合起来的正、负带电粒子系统。固体等离子体是固体晶格的正电荷背景中可以流动的自由电子或空穴。如果等离子体中出现密度起伏，就会在空间产生局部的库仑力，倾向于把高密度区域的电子拉回到低密度区域。由于电子同时受到该库仑恢复力和电子惯性力的作用，将在其平衡位置附近形成等离子体振荡。很多等离子体的振荡频率恰在微波波段（如锑化铟的频率属于毫米波），因此可以利用微波测定等离子体的性质，也可能利用等离子体振荡制成微波器件。

微波超导技术

研究微波和超导电子（即所谓库柏对）的相互作用及其应用的技术。当约瑟夫逊隧道结上加一直流偏压U0时，通过结区的电流中除正常电子的隧道电流外，还有频率为的正弦振荡超导电流，在10-5 ≤ U0 ≤ 10-3 的电压范围内，相应的振荡频率属于微波波段。微波和超导电子的另一个相互作用是感应的约瑟夫逊交流效应。用频率为 vm的微波照射存在超导电流振荡的约瑟夫逊结，使结的两侧受到交变电压U╭＝Umcos2πνmt的作用，则每当

时,在直流I-U曲线的背景电流上出现台阶形的变化（当vm＝10吉赫时，U 每增加20.7微伏将使台阶上升一级）。利用上述效应可制成压控振荡器、电压基准以及微波检测、混频、参数等低噪声接收器件。在微波经典物理学的范畴内，根据伦敦方程和麦克斯韦方程而不涉及微观机制就可以研究超导体的微波性质以及外磁场对超导体表面阻抗的影响。它们对研制超导传输线和超导谐振腔具有重要意义。

微波声学

研究频率为1～104吉赫范围内的声波的产生、检测和传播等特性，以及各种微观结构的相互作用及其应用。按照量子力学理论，晶格振动可以看成是许多具有分立能级的简谐振动的叠加，并且有零点振动能。量子化的晶格振动的能量子称为声子，是服从波色统计律的准粒子。固体中晶格振动的上限截止频率一般落在微波频率（1～10太赫）。 微波半导体物理学 研究微波与半导体材料中自由电子（和空穴）的相互作用。半导体材料（如硅、砷化镓等）导电能带上的自由电子和空穴在直流电场作用下会引起隧道效应，空间渡越时间效应等。这些效应在微波频率会引起负阻或非线性特性，从而制成各种微波器件，用于微波信号的振荡、放大、变换和控制等。人们还发现，亚毫米波波谱的研究是分析半导体材料中能带结构的最有效方法。