Hva er Mach-Zehnder-interferometeret?

Mach-Zehnder interferometer er en enhet som brukes til å gjøre presise optiske målinger.Det kan demonstrere interferens ved å splitte en lysstråle og måle faseskiftene mellom de to.For mer enn et århundre siden ble enheten opprettet av de fremtredende fysikerne Ludwig Zehnder og Ludwig Mach.Et allsidig diagnostisk verktøy, Mach-Zehnder interferometer brukes til å illustrere eksempler i kvantefysikk, aerodynamikk og plasmafysikk.Luftstrømmer rundt aerodynamiske strukturer, og temperaturendringer, trykk og tetthet i gassformede medier kan observeres.

De grunnleggende komponentene i interferometeret er en lyskilde, to bjelkesplittere, to speil og to detektorer.Strålsplitteren er oftest et halvsilfestet speil som bryter en del av lysstrålen og reflekterer resten.Lys fra en lyskilde, typisk en laser, faller på en strålesplitter, som deler lyset i to bjelker med lik intensitet.Strålene reiser i forskjellige retninger og treffer de to speilene.Fase av hver lysstrål endres ved kontakt med speiloverflaten.

Strålene rekombineres i den andre strålesplitteren, og detektorer hjelper til med å studere faseforskjellene i lysveiene.Et alternativt arrangement har at de rekombinerte bjelkene passerer gjennom en positiv linse, noe som får bjelkene til å fokusere på et enkelt punkt.Hvis alle de reflekterende overflatene er på linje på en slik måte at de er helt parallelle, produseres ingen forstyrrelser når bjelkene rekombinerer.Hvis speilflatene er vinkler seg selv litt, men de rekombinerte bjelkene produserer interferensfronter.Interferensens frynsemønster produsert av Mach-Zehnder interferometer vil vise mørke og lyse linjer som varierer i intensitet.

Enheten er ekstremt følsom og kan til og med fungere som et nøyaktig termometer.For eksempel kan en celle fylt med vann plasseres i banen til en av de splittede bjelkene, mens en annen fylt med luft kunne plasseres i den andre banen.Brytningsindeksen for væsker som vann avhenger av temperatur, og hvis vannet i cellen opplever til og med en svak temperaturendring, sees effekten i det resulterende frynsemønsteret.Det er mulig å måle veldig små endringer i vanntemperatur med Mach-Zehnder-interferometeret.

Det er viktig å ha en forståelse av optikk når du bruker et Mach-Zehnder-interferometer for å gjøre nøyaktige målinger.Når lys faller på en overflate, skifter det reflekterte lyset med nøyaktig en halv bølgelengde hvis materialet på den andre siden av overflaten har en høyere brytningsindeks.Hvis brytningsindeksen for dette materialet er lavere, er det ingen faseendring i den reflekterte strålen.Når lys reiser fra et medium til et annet, er det heller ingen faseendring, men retningen på strålen endres på grunn av brytning.

Mach-Zehnder-interferometeret kan også brukes til å studere brytningsindeksen for gasser og til og med sjekke objekter forflathet.Måling av optiske unøyaktigheter i en plate eller overflate kan også utføres ved hjelp av interferometeret.Noen forskere bruker også interferometeret i flyt-visualiseringsapplikasjoner ved å bruke teknikken for lysdiskriminering for å observere endringer.