Hvad er Mach-Zehnder-interferometeret?
Mach-Zehnder-interferometeret er en enhed, der bruges til at foretage præcise optiske målinger.Det kan demonstrere interferens ved at opdele en lysstråle og måle faseskift mellem de to.For mere end et århundrede siden blev enheden oprettet af de fremtrædende fysikere Ludwig Zehnder og Ludwig Mach.Et alsidigt diagnostisk værktøj, Mach-Zehnder-interferometeret bruges til at illustrere eksempler i kvantefysik, aerodynamik og plasmafysik.Luftstrømme omkring aerodynamiske strukturer og temperaturændringer, tryk og densitet i gasformige medier kan observeres.
De grundlæggende komponenter i interferometeret er en lyskilde, to stråleplitter, to spejle og to detektorer.Strålesplitteren er oftest et halvt sølvet spejl, der bryder en del af lysstrålen og afspejler resten.Lys fra en lyskilde, typisk en laser, falder på en bjælkeplitter, der opdeler lyset i to stråler med samme intensitet.Bjælkerne rejser i forskellige retninger og rammer de to spejle.Fasen af hver lysstråle ændres ved dens kontakt med spejloverfladen.
Strålerne rekombineres i den anden bjælkeplader, og detektorer hjælper med undersøgelsen af faseforskellene i lysstierne.Et alternativt arrangement har de rekombinerede bjælker passeret gennem en positiv linse, hvilket får bjælkerne til at fokusere på et enkelt punkt.Hvis alle de reflekterende overflader er på linje på en sådan måde, at de er absolut parallelle, produceres ingen interferensfronter, når bjælkerne rekombineres.Hvis vinklerne på spejloverfladerne adskiller sig selv lidt, producerer de rekombinerede bjælker interferensfronter.Interferensfrynsemønsteret produceret af Mach-Zehnder-interferometeret viser mørke og lyse linjer, der varierer i intensitet.
Enheden er ekstremt følsom og kan endda fungere som et nøjagtigt termometer.For eksempel kunne en celle fyldt med vand placeres i stien til en af de opdelte bjælker, mens en anden fyldt med luft kunne placeres på den anden sti.Brydningsindekset for væsker som vand afhænger af temperaturen, og hvis vandet i cellen oplever endda en svag temperaturændring, ses effekten i det resulterende frynse -mønster.Det er muligt at måle meget små ændringer i vandtemperatur med Mach-Zehnder-interferometeret.
Det er vigtigt at have en forståelse af optik, når man bruger et Mach-Zehnder-interferometer til at foretage nøjagtige målinger.Når lyset falder på en overflade, skifter det reflekterede lys med nøjagtigt en halv bølgelængde, hvis materialet på den anden side af overfladen har et højere brydningsindeks.Hvis brydningsindekset for dette materiale er lavere, er der ingen faseændring i den reflekterede bjælke.Når lys bevæger sig fra et medium til et andet, er der heller ingen faseændring, men strålens retning på grund af brydning.
Mach-Zehnder-interferometeret kan også bruges til at studere brydningsindekset for gasser og endda kontrollere genstande forfladhed.Måling af optiske unøjagtigheder i en plade eller overflade kan også udføres ved hjælp af interferometeret.Nogle forskere bruger også interferometeret i flow-visualiseringsapplikationer ved at anvende teknikken til lysdiskriminering for at observere ændringer.