Hvad er Mach-Zehnder interferometer?
Mach-Zehnder-interferometer er en enhed, der bruges til at udføre præcise optiske målinger. Det kan demonstrere interferens ved at opdele en lysstråle og måle faseforskydningerne mellem de to. For mere end et århundrede siden blev enheden skabt af de fremtrædende fysikere Ludwig Zehnder og Ludwig Mach. Mach-Zehnder-interferometeret er et alsidigt diagnostisk værktøj, der bruges til at illustrere eksempler inden for kvantefysik, aerodynamik og plasmafysik. Luft strømmer omkring aerodynamiske strukturer, og temperaturændringer, tryk og densitet i luftformige medier kan observeres.
De grundlæggende komponenter i interferometeret er en lyskilde, to strålesplittere, to spejle og to detektorer. Strålesplitteren er oftest et halvsølvede spejl, der bryter en del af lysstrålen og reflekterer resten. Lys fra en lyskilde, typisk en laser, falder på en strålesplitter, der opdeler lyset i to stråler med samme intensitet. Bjælkerne bevæger sig i forskellige retninger og rammer de to spejle. Fasen for hver lysstråle ændres ved dens kontakt med spejleoverfladen.
Bjælkerne rekombineres i den anden strålesplitter, og detektorer hjælper med at studere faseforskellene i lysstierne. Et alternativt arrangement har de rekombinerede bjælker gennem en positiv linse, hvilket får bjælkerne til at fokusere på et enkelt punkt. Hvis alle de reflekterende overflader er rettet på en sådan måde, at de er helt parallelle, frembringes der ingen interferensfronter, når bjælkerne rekombineres. Hvis vinklerne på spejloverfladerne adskiller sig selv lidt, frembringer de rekombinerede bjælker imidlertid interferensfronter. Interferensfrontringsmønsteret produceret af Mach-Zehnder interferometer viser mørke og lyse linjer, der varierer i intensitet.
Enheden er ekstremt følsom og kan endda fungere som et nøjagtigt termometer. F.eks. Kunne en celle fyldt med vand placeres i stien til en af splitbjælkerne, mens en anden fyldt med luft kunne placeres i den anden bane. Brydningsindekset for væsker som vand afhænger af temperaturen, og hvis vandet i cellen endda oplever en svag temperaturændring, ses effekten i det resulterende frynsemønster. Det er muligt at måle meget små ændringer i vandtemperatur med Mach-Zehnder interferometer.
Det er vigtigt at have forståelse for optik, når man bruger et Mach-Zehnder-interferometer for at foretage nøjagtige målinger. Når lys falder på en overflade, skifter det reflekterede lys nøjagtigt en halv bølgelængde, hvis materialet på den anden side af overfladen har et højere brydningsindeks. Hvis brydningsindekset for dette materiale er lavere, er der ingen faseændring i den reflekterede stråle. Når lys bevæger sig fra et medium til et andet, er der heller ikke nogen faseændring, men bjælkens retning ændres på grund af brydning.
Mach-Zehnder-interferometeret kan også bruges til at undersøge brydningsindekset for gasser og endda kontrollere objekter for fladhed. Måling af optiske unøjagtigheder i en plade eller overflade kan også udføres ved hjælp af interferometeret. Nogle forskere bruger også interferometeret i flowvisualiseringsapplikationer ved at anvende teknikken med let forskelsbehandling for at observere ændringer.