¿Qué es el interferómetro Mach-Zehnder?
El interferómetro Mach-Zehnder es un dispositivo que se utiliza para realizar mediciones ópticas precisas. Puede demostrar interferencia dividiendo un haz de luz y midiendo los cambios de fase entre los dos. Hace más de un siglo, el dispositivo fue creado por los físicos prominentes Ludwig Zehnder y Ludwig Mach. Una herramienta de diagnóstico versátil, el interferómetro Mach-Zehnder se utiliza para ilustrar ejemplos en física cuántica, aerodinámica y física de plasma. El aire fluye alrededor de las estructuras aerodinámicas, y se pueden observar cambios de temperatura, presión y densidad en medios gaseosos.
Los componentes básicos del interferómetro son una fuente de luz, dos divisores de haz, dos espejos y dos detectores. El divisor de haz es a menudo un espejo medio plateado que refracta una parte del haz de luz y refleja el resto. La luz de una fuente de luz, típicamente un láser, cae sobre un divisor de haz, que divide la luz en dos haces de igual intensidad. Las vigas viajan en diferentes direcciones y golpean los dos espejos. La fase de cada haz de luz cambia por su contacto con la superficie del espejo.
Los haces se recombinan en el segundo divisor de haz, y los detectores ayudan en el estudio de las diferencias de fase en las rutas de luz. Una disposición alternativa hace que los haces recombinados pasen a través de una lente positiva, haciendo que los haces se enfoquen en un solo punto. Si todas las superficies reflectantes están alineadas de tal manera que son absolutamente paralelas, no se producen franjas de interferencia cuando los haces se recombinan. Sin embargo, si los ángulos de las superficies del espejo difieren incluso ligeramente, los haces recombinados producen franjas de interferencia. El patrón de franjas de interferencia producido por el interferómetro Mach-Zehnder mostrará líneas oscuras y brillantes que varían en intensidad.
El dispositivo es extremadamente sensible e incluso puede actuar como un termómetro preciso. Por ejemplo, una celda llena de agua podría colocarse en el camino de uno de los haces divididos, mientras que otra llena de aire podría colocarse en el otro camino. El índice de refracción de fluidos como el agua depende de la temperatura, y si el agua en la célula experimenta incluso un ligero cambio de temperatura, el efecto se ve en el patrón de franjas resultante. Es posible medir cambios muy pequeños en la temperatura del agua con el interferómetro Mach-Zehnder.
Es importante comprender la óptica cuando se usa un interferómetro Mach-Zehnder para realizar mediciones precisas. Cuando la luz cae sobre una superficie, la luz reflejada se desplaza exactamente la mitad de una longitud de onda si el material del otro lado de la superficie posee un índice de refracción más alto. Si el índice de refracción de este material es menor, entonces no hay cambio de fase en el haz reflejado. Cuando la luz viaja de un medio a otro, tampoco hay cambio de fase, pero la dirección del haz cambia debido a la refracción.
El interferómetro Mach-Zehnder también se puede utilizar para estudiar el índice de refracción de los gases e incluso verificar la planeidad de los objetos. La medición de imprecisiones ópticas en una placa o superficie también se puede realizar con la ayuda del interferómetro. Algunos científicos también usan el interferómetro en aplicaciones de visualización de flujo al emplear la técnica de discriminación de luz para observar los cambios.