Qu'est-ce que l'interféromètre Mach-Zehnder?
L'interféromètre de Mach-Zehnder est un appareil utilisé pour effectuer des mesures optiques précises. Il peut démontrer une interférence en divisant un faisceau lumineux et en mesurant les déphasages entre les deux. Il y a plus d'un siècle, cet appareil a été créé par les physiciens réputés Ludwig Zehnder et Ludwig Mach. L’interféromètre de Mach-Zehnder, outil de diagnostic polyvalent, est utilisé pour illustrer des exemples en physique quantique, aérodynamique et physique des plasmas. L'air circule autour des structures aérodynamiques et l'on peut observer des changements de température, de la pression et de la densité dans les milieux gazeux.
Les composants de base de l'interféromètre sont une source de lumière, deux séparateurs de faisceau, deux miroirs et deux détecteurs. Le séparateur de faisceau est le plus souvent un miroir à moitié argenté qui réfracte une partie du faisceau lumineux et réfléchit le reste. La lumière d'une source de lumière, généralement un laser, tombe sur un séparateur de faisceau, qui le divise en deux faisceaux de même intensité. Les faisceaux voyagent dans des directions différentes et frappent les deux miroirs. La phase de chaque faisceau lumineux est modifiée par son contact avec la surface du miroir.
Les faisceaux sont recombinés dans le second séparateur de faisceau et des détecteurs aident à étudier les différences de phase dans les chemins de lumière. Une autre disposition consiste à faire passer les faisceaux recombinés à travers une lentille positive, ce qui les fait se focaliser en un point unique. Si toutes les surfaces réfléchissantes sont alignées de manière à être parfaitement parallèles, aucune frange d'interférence n'est produite lors de la recombinaison des faisceaux. Cependant, si les angles des surfaces de miroir diffèrent même légèrement, les faisceaux recombinés produisent des franges d'interférence. Le motif de franges d'interférence produit par l'interféromètre de Mach-Zehnder montrera des lignes sombres et lumineuses d'intensité variable.
L'appareil est extrêmement sensible et peut même servir de thermomètre précis. Par exemple, une cellule remplie d'eau pourrait être placée sur le trajet de l'un des faisceaux divisés, tandis qu'une autre remplie d'air pourrait être placée sur l'autre trajet. L'indice de réfraction de fluides tels que l'eau dépend de la température. Si l'eau de la cellule subit même un léger changement de température, l'effet est visible sur le motif de franges résultant. Il est possible de mesurer des changements infimes de la température de l'eau avec l'interféromètre Mach-Zehnder.
Il est important de bien comprendre l'optique lorsque vous utilisez un interféromètre de Mach-Zehnder pour effectuer des mesures précises. Lorsque la lumière tombe sur une surface, la lumière réfléchie se décale exactement d'une demi-longueur d'onde si le matériau situé de l'autre côté de la surface possède un indice de réfraction plus élevé. Si l'indice de réfraction de ce matériau est inférieur, il n'y a pas de changement de phase dans le faisceau réfléchi. Lorsque la lumière se déplace d'un milieu à un autre, il n'y a pas de changement de phase non plus, mais la direction du faisceau change en raison de la réfraction.
L'interféromètre de Mach-Zehnder peut également être utilisé pour étudier l'indice de réfraction des gaz et même pour vérifier la planéité des objets. La mesure des imprécisions optiques dans une plaque ou une surface peut également être effectuée à l'aide de l'interféromètre. Certains scientifiques utilisent également l'interféromètre dans des applications de visualisation de flux en utilisant la technique de discrimination par la lumière pour observer les changements.