Qual è l'interferometro Mach-Zehnder?

L'interferometro Mach-zehnder è un dispositivo utilizzato per effettuare misurazioni ottiche precise.Può dimostrare l'interferenza dividendo un raggio di luce e misurando i cambiamenti di fase tra i due.Più di un secolo fa, il dispositivo è stato creato dai principali fisici Ludwig Zehnder e Ludwig Mach.Uno strumento diagnostico versatile, l'interferometro Mach-Zehnder viene utilizzato per illustrare esempi in fisica quantistica, aerodinamica e fisica del plasma.Si possono osservare l'aria attorno alle strutture aerodinamiche e ai cambiamenti di temperatura, alla pressione e alla densità in mezzi gassosi.

I componenti di base dell'interferometro sono una sorgente luminosa, due splitter a raggio, due specchi e due rilevatori.Lo splitter del raggio è spesso uno specchio a metà silvello che rifrange una parte del raggio di luce e riflette il resto.La luce di una sorgente luminosa, in genere un laser, cade su uno splitter di raggio, che divide la luce in due raggi di uguale intensità.Le travi viaggiano in diverse direzioni e colpiscono i due specchi.La fase di ciascun raggio di luce viene modificata dal suo contatto con la superficie dello specchio.

Le travi vengono ricombinate nel secondo splitter di raggio e i rilevatori aiutano nello studio delle differenze di fase nei percorsi della luce.Una disposizione alternativa ha le travi ricombinate che passano attraverso una lente positiva, causando la concentrazione dei raggi in un singolo punto.Se tutte le superfici riflettenti sono allineate in modo tale da essere assolutamente parallele, non vengono prodotte frange di interferenza quando le travi si ricombinano.Se gli angoli delle superfici specchio differiscono anche leggermente, tuttavia, i raggi ricombinati producono frange di interferenza.Il modello di frangia di interferenza prodotto dall'interferometro Mach-Zehnder mostrerà linee scure e luminose che variano in intensità.

Il dispositivo è estremamente sensibile e può persino fungere da termometro accurato.Ad esempio, una cella piena d'acqua potrebbe essere posizionata sul percorso di una delle travi divise, mentre un'altra riempita di aria potrebbe essere collocata nell'altro percorso.L'indice di rifrazione dei fluidi come l'acqua dipende dalla temperatura e se l'acqua nella cellula subisce anche un leggero cambiamento di temperatura, l'effetto è osservato nel modello di frangia risultante.È possibile misurare i cambiamenti molto minimi della temperatura dell'acqua con l'interferometro Mach-Zehnder.

È importante avere una comprensione dell'ottica quando si utilizza un interferometro Mach-Zehnder per effettuare misurazioni accurate.Quando la luce cade su una superficie, la luce riflessa si sposta di esattamente una mezza lunghezza d'onda se il materiale sull'altro lato della superficie possiede un indice di rifrazione più elevato.Se l'indice di rifrazione di questo materiale è inferiore, allora non vi è alcun cambiamento di fase nel raggio riflesso.Quando la luce viaggia da un mezzo in un altro, non vi è nemmeno un cambio di fase, ma la direzione del raggio cambia a causa della rifrazione.

L'interferometro Mach-zehnder può anche essere usato per studiare l'indice di rifrazione dei gas e persino controllare gli oggetti perplanarità.La misurazione delle inesattezze ottiche in una piastra o una superficie può anche essere condotta con l'aiuto dell'interferometro.Alcuni scienziati usano anche l'interferometro nelle applicazioni di visualizzazione del flusso utilizzando la tecnica di discriminazione della luce per osservare i cambiamenti.