Qu'est-ce que l'interféromètre Mach-Zehnder?

L'interféromètre Mach-Zehnder est un appareil utilisé pour effectuer des mesures optiques précises.Il peut démontrer des interférences en divisant un faisceau lumineux et en mesurant les délais de phase entre les deux.Il y a plus d'un siècle, l'appareil a été créé par les physiciens éminents Ludwig Zehnder et Ludwig Mach.Un outil de diagnostic polyvalent, l'interféromètre Mach-Zehnder est utilisé pour illustrer des exemples de physique quantique, aérodynamique et physique du plasma.Les flux d'air autour des structures aérodynamiques et des changements de température, de la pression et de la densité dans les médiums gazeux peuvent être observés.

Les composants de base de l'interféromètre sont une source lumineuse, deux séparateurs de faisceaux, deux miroirs et deux détecteurs.Le séparateur de faisceau est le plus souvent un miroir à demi-voleur qui réfracte une partie du faisceau lumineux et reflète le reste.La lumière d'une source lumineuse, généralement un laser, tombe sur un séparateur de faisceau, qui divise la lumière en deux faisceaux d'intensité égale.Les poutres voyagent dans des directions différentes et ont frappé les deux miroirs.La phase de chaque faisceau d'éclairage est modifiée par son contact avec la surface du miroir.

Les faisceaux sont recombinés dans le deuxième séparateur de faisceau et les détecteurs aident à l'étude des différences de phase dans les chemins lumineux.Un autre arrangement a fait passer les poutres recombinées à travers une lentille positive, faisant se concentrer les faisceaux en un seul point.Si toutes les surfaces réfléchissantes sont alignées de manière à ce qu'elles soient absolument parallèles, aucune frange d'interférence n'est produite lorsque les faisceaux se recombinaient.Cependant, si les angles des surfaces du miroir diffèrent légèrement, alors les faisceaux recombinés produisent des franges d'interférence.Le motif de frange d'interférence produit par l'interféromètre Mach-Zehnder montrera des lignes sombres et lumineuses qui varient en intensité.

L'appareil est extrêmement sensible et peut même agir comme un thermomètre précis.Par exemple, une cellule remplie d'eau pourrait être placée sur le chemin de l'une des poutres divisées, tandis qu'un autre rempli d'air pourrait être placé dans l'autre chemin.L'indice de réfraction des fluides comme l'eau dépend de la température, et si l'eau dans la cellule subit même un léger changement de température, l'effet est observé dans le motif de frange résultant.Il est possible de mesurer des changements très infimes de la température de l'eau avec l'interféromètre Mach-Zehnder.

Il est important d'avoir une compréhension de l'optique lors de l'utilisation d'un interféromètre Mach-Zehnder pour effectuer des mesures précises.Lorsque la lumière tombe sur une surface, la lumière réfléchie se déplace exactement d'une demi-longueur d'onde si le matériau de l'autre côté de la surface possède un indice de réfraction plus élevé.Si l'indice de réfraction de ce matériau est inférieur, il n'y a pas de changement de phase dans le faisceau réfléchi.Lorsque la lumière se déplace d'un milieu à un autre, il n'y a pas non plus de changement de phase, mais la direction du faisceau change en raison de la réfraction.

L'interféromètre Mach-Zehnder peut également être utilisé pour étudier l'indice de réfraction des gaz et même vérifier les objets pourplatitude.La mesure des inexactitudes optiques dans une plaque ou une surface peut également être effectuée à l'aide de l'interféromètre.Certains scientifiques utilisent également l'interféromètre dans les applications de visualisation de débit en utilisant la technique de la discrimination légère pour observer les changements.