Ποιο είναι το συμβολόμετρο Mach-Zehnder;

Το συμβολόμετρο Mach-Zehnder είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση ακριβών οπτικών μετρήσεων.Μπορεί να επιδείξει παρεμβολές διαχωρίζοντας μια δέσμη φωτός και μετρώντας τις μετατοπίσεις φάσης μεταξύ των δύο.Πάνω από έναν αιώνα πριν, η συσκευή δημιουργήθηκε από τους εξέχοντες φυσικούς Ludwig Zehnder και Ludwig Mach.Ένα ευπροσάρμοστο διαγνωστικό εργαλείο, το συμβολόμετρο Mach-Zehnder χρησιμοποιείται για να απεικονίσει παραδείγματα στην κβαντική φυσική, την αεροδυναμική και τη φυσική του πλάσματος.Οι ροές αέρα γύρω από τις αεροδυναμικές δομές και τις μεταβολές της θερμοκρασίας, την πίεση και την πυκνότητα σε αέρια μέσα μπορούν να παρατηρηθούν.

Τα βασικά συστατικά του συμβολομετρητή είναι μια πηγή φωτός, δύο διαχωριστές δέσμης, δύο καθρέφτες και δύο ανιχνευτές.Ο διαχωριστός δέσμης είναι πιο συχνά ένας μισός σιωπηλός καθρέφτης που διαθλάται ένα μέρος της δέσμης φωτός και αντικατοπτρίζει τα υπόλοιπα.Το φως από μια πηγή φωτός, συνήθως ένα λέιζερ, πέφτει σε έναν διαχωριστή δέσμης, ο οποίος χωρίζει το φως σε δύο δοκούς ίσης έντασης.Οι δοκοί ταξιδεύουν προς διαφορετικές κατευθύνσεις και χτυπούν τους δύο καθρέφτες.Η φάση κάθε ακτίνας φωτός αλλάζει με την επαφή της με την επιφάνεια του καθρέφτη.Μια εναλλακτική διάταξη έχει τις ανασυνδυασμένες δοκούς να περάσουν από έναν θετικό φακό, προκαλώντας την εστίαση των δοκών σε ένα μόνο σημείο.Εάν όλες οι αντανακλαστικές επιφάνειες είναι ευθυγραμμισμένες με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι απολύτως παράλληλες, δεν παράγονται περιθώρια παρεμβολών όταν οι ακτίνες ανασυνδυασμένες.Εάν οι γωνίες των επιφανειών καθρέφτη διαφέρουν ακόμη και ελαφρώς, ωστόσο, τότε οι ανασυνδυασμένες δέσμες παράγουν περιθώρια παρεμβολών.Το μοτίβο περιθωριακής παρεμβολής που παράγεται από το συμβολόμετρο Mach-Zehnder θα παρουσιάσει σκοτεινές και φωτεινές γραμμές που ποικίλλουν σε ένταση.

Η συσκευή είναι εξαιρετικά ευαίσθητη και μπορεί ακόμη και να λειτουργήσει ως ακριβές θερμόμετρο.Για παράδειγμα, ένα κύτταρο γεμάτο με νερό θα μπορούσε να τοποθετηθεί στο μονοπάτι μιας από τις δοκούς διάσπασης, ενώ ένας άλλος γεμάτος αέρα θα μπορούσε να τοποθετηθεί στην άλλη διαδρομή.Ο δείκτης διάθλασης των υγρών όπως το νερό εξαρτάται από τη θερμοκρασία και εάν το νερό στο κύτταρο βιώνει ακόμη και μια ελαφρά αλλαγή θερμοκρασίας, το αποτέλεσμα παρατηρείται στο προκύπτον σχήμα περιθωριακής.Είναι πιθανό να μετρηθεί πολύ μικρές αλλαγές στη θερμοκρασία του νερού με το συμβολόμετρο Mach-Zehnder.

Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε την οπτική όταν χρησιμοποιούμε ένα συμβολόμετρο Mach-Zehnder για να γίνει ακριβείς μετρήσεις.Όταν το φως πέφτει σε μια επιφάνεια, το ανακλώμενο φως μετατοπίζεται με ακριβώς ένα μισό μήκος κύματος εάν το υλικό στην άλλη πλευρά της επιφάνειας διαθέτει υψηλότερο δείκτη διάθλασης.Εάν ο δείκτης διάθλασης αυτού του υλικού είναι χαμηλότερος, τότε δεν υπάρχει αλλαγή φάσης στην ανακλώμενη δέσμη.Όταν το φως ταξιδεύει από το ένα μέσο σε άλλο, δεν υπάρχει ούτε αλλαγή φάσης, αλλά η κατεύθυνση της δέσμης αλλάζει λόγω διάθλασης.

Το συμβολόμετρο Mach-Zehnder μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να μελετήσει τον δείκτη διάθλασης των αερίων και ακόμη και τα αντικείμενα γιαομαλότητα.Η μέτρηση των οπτικών ανακρίβειων σε μια πλάκα ή επιφάνεια μπορεί επίσης να διεξαχθεί με τη βοήθεια του συμβολομέτρου.Ορισμένοι επιστήμονες χρησιμοποιούν επίσης το συμβολόμετρο στις εφαρμογές οπτικοποίησης ροής χρησιμοποιώντας την τεχνική της διακρίσεων φωτός για να παρατηρήσουν αλλαγές.