Was ist das Mach-Zehnder-Interferometer?
Das Mach-Zehnder-Interferometer ist ein Gerät, das zur Vorstellung präziser optischer Messungen verwendet wird.Es kann Störungen durch Aufspalten eines Lichtstrahls und Messung der Phasenverschiebungen zwischen den beiden zeigen.Vor mehr als einem Jahrhundert wurde das Gerät von den prominenten Physikern Ludwig Zehnder und Ludwig Mach erstellt.Das Mach-Zehnder-Interferometer mit einem vielseitigen Diagnosewerkzeug wird verwendet, um Beispiele in Quantenphysik, Aerodynamik und Plasmaphysik zu veranschaulichen.Luftflüsse um aerodynamische Strukturen und Temperaturänderungen, Druck und Dichte in gasförmigen Medien können beobachtet werden.
Die Grundkomponenten des Interferometers sind eine Lichtquelle, zwei Strahlteiler, zwei Spiegel und zwei Detektoren.Der Strahlsplitter ist am häufigsten ein halb-silberer Spiegel, der einen Teil des Lichtstrahls bricht und den Rest reflektiert.Licht aus einer Lichtquelle, typischerweise ein Laser, fällt auf einen Strahlteiler, der das Licht in zwei Strahlen gleicher Intensität aufteilt.Die Strahlen reisen in verschiedene Richtungen und treffen die beiden Spiegel.Die Phase jedes Lichtstrahls wird durch den Kontakt mit der Spiegeloberfläche verändert.
Die Strahlen werden im zweiten Strahlsplitter rekombiniert, und die Detektoren unterstützen die Untersuchung der Phasenunterschiede in den Lichtpfaden.Eine alternative Anordnung hat die rekombinierten Strahlen durch eine positive Linse, wodurch sich die Strahlen an einem einzigen Punkt konzentrieren.Wenn alle reflektierenden Oberflächen so ausgerichtet sind, dass sie absolut parallel sind, werden keine Interferenzränder erzeugt, wenn sich die Strahlen rekombinieren.Wenn sich die Winkel der Spiegeloberflächen jedoch auch geringfügig unterscheiden, erzeugen die rekombinierten Strahlen Interferenzränder.Das vom Mach-Zehnder-Interferometer erzeugte Interferenz-Randmuster zeigt dunkle und helle Linien, die in der Intensität variieren.
Das Gerät ist äußerst empfindlich und kann sogar als genaues Thermometer wirken.Zum Beispiel könnte eine mit Wasser gefüllte Zelle in den Weg eines der Splitstrahlen platziert werden, während ein anderer mit Luft gefüllter Luft auf dem anderen Weg platziert werden konnte.Der Brechungsindex von Flüssigkeiten wie Wasser hängt von der Temperatur ab, und wenn das Wasser in der Zelle sogar eine leichte Temperaturänderung aufweist, wird der Effekt im resultierenden Randmuster gesehen.Es ist möglich, sehr winzige Änderungen der Wassertemperatur mit dem Mach-Zehnder-Interferometer zu messen.
Es ist wichtig, dass es bei der Verwendung eines Mach-Zehnder-Interferometers ein Verständnis der Optik hat, um genaue Messungen vorzunehmen.Wenn das Licht auf eine Oberfläche fällt, verschiebt sich das reflektierte Licht um genau eine halbe Wellenlänge, wenn das Material auf der anderen Seite der Oberfläche einen höheren Brechungsindex besitzt.Wenn der Brechungsindex dieses Materials niedriger ist, gibt es keine Phasenänderung im reflektierten Strahl.Wenn Licht von einem Medium in ein anderes wandert, gibt es auch keine PhasenänderungEbenheit.Die Messung optischer Ungenauigkeiten in einer Platte oder Oberfläche kann auch mit Hilfe des Interferometers durchgeführt werden.Einige Wissenschaftler verwenden das Interferometer auch in Strömungsvisualisierungsanwendungen, indem sie die Technik der Lichtdiskriminierung einsetzen, um Veränderungen zu beobachten.