Co je Mach-Zehnderův interferometr?
Interferometr Mach-Zehnder je zařízení, které se používá pro přesné optické měření. Může prokázat rušení rozdělením světelného paprsku a změřením fázových posunů mezi nimi. Před více než stoletím vytvořili zařízení přední fyzici Ludwig Zehnder a Ludwig Mach. Univerzální diagnostický nástroj, Mach-Zehnderův interferometr, se používá k ilustraci příkladů v kvantové fyzice, aerodynamice a fyzice plazmatu. Lze pozorovat proudění vzduchu kolem aerodynamických struktur a pozorovat změny teploty, tlak a hustotu v plynných médiích.
Základními součástmi interferometru jsou světelný zdroj, dva děliče paprsků, dvě zrcadla a dva detektory. Rozbočovač paprsků je nejčastěji polostříbrné zrcadlo, které láme část světelného paprsku a odráží zbytek. Světlo ze světelného zdroje, obvykle laseru, dopadá na dělič paprsku, který dělí světlo na dva paprsky stejné intenzity. Paprsky se pohybují různými směry a zasáhly obě zrcadla. Fáze každého světelného paprsku se mění jeho kontaktem se zrcadlovým povrchem.
Paprsky jsou rekombinovány ve druhém děliči paprsků a detektory pomáhají při studiu fázových rozdílů ve světelných drahách. Alternativní uspořádání má rekombinované paprsky procházet pozitivní čočkou, což způsobuje zaostření paprsků v jednom bodě. Pokud jsou všechny odrazné povrchy zarovnány tak, že jsou naprosto rovnoběžné, nevznikají při opětovném kombinování paprsků žádné interferenční třásně. Pokud se však úhly zrcadlových povrchů liší jen nepatrně, vytvoří rekombinované paprsky interferenční třásně. Interferenční okrajový vzor produkovaný interferometrem Mach-Zehnder ukazuje tmavé a jasné linie, které se liší intenzitou.
Zařízení je velmi citlivé a může dokonce fungovat jako přesný teploměr. Například buňka naplněná vodou by mohla být umístěna do cesty jednoho z dělených paprsků, zatímco jiná naplněná vzduchem by mohla být umístěna do druhé dráhy. Index lomu tekutin, jako je voda, závisí na teplotě, a pokud voda v buňce zažívá i nepatrnou změnu teploty, je tento efekt patrný ve výsledném třásněm. Pomocí interferonu Mach-Zehnder je možné měřit velmi malé změny teploty vody.
Při použití interferometru Mach-Zehnder k přesnému měření je důležité porozumět optice. Když světlo dopadne na povrch, odražené světlo se posune přesně o jednu polovinu vlnové délky, pokud má materiál na druhé straně povrchu vyšší index lomu. Pokud je index lomu tohoto materiálu nižší, nedochází v odraženém paprsku ke změně fáze. Když světlo cestuje z jednoho média do druhého, nedochází ani ke změně fáze, ale směr paprsku se mění v důsledku lomu.
Interferometr Mach-Zehndera lze také použít ke studiu indexu lomu plynů a dokonce ke kontrole rovinnosti předmětů. Měření optických nepřesností v desce nebo povrchu může být také prováděno pomocí interferometru. Někteří vědci také používají interferometr v aplikacích vizualizace toku pomocí techniky rozlišování světla, aby pozorovali změny.