マッハツェンダー干渉計とは何ですか？

マッハツェンダー干渉計は、正確な光学測定を行うために使用されるデバイスです。 光ビームを分割し、2つの間の位相シフトを測定することで干渉を実証できます。 1世紀以上前、このデバイスは著名な物理学者ルートヴィヒツェンダーとルートヴィヒマッハによって作成されました。 汎用的な診断ツールであるマッハツェンダー干渉計は、量子物理学、空力学、プラズマ物理学の例を説明するために使用されます。 空気力学的な構造の周りの空気の流れ、および温度変化、圧力、気体媒体の密度を観察できます。

干渉計の基本コンポーネントは、光源、2つのビームスプリッター、2つのミラー、2つの検出器です。 ほとんどの場合、ビームスプリッターは、光ビームの一部を屈折させ、残りを反射するハーフシルバーミラーです。 光源（通常はレーザー）からの光は、ビームスプリッターに落ちます。ビームスプリッターは、光を等しい強度の2つのビームに分割します。 ビームは異なる方向に進み、2つのミラーに当たります。 各光線の位相は、ミラー表面との接触によって変化します。

ビームは2番目のビームスプリッターで再結合され、検出器は光路の位相差の研究に役立ちます。 別の構成では、再結合されたビームが正のレンズを通過し、ビームが単一の点に焦点を合わせます。 すべての反射面が完全に平行になるように配置されている場合、ビームが再結合するときに干渉縞は生成されません。 ただし、ミラー表面の角度がわずかでも異なる場合、再結合されたビームは干渉縞を生成します。 マッハツェンダー干渉計によって生成される干渉縞パターンは、強度が異なる暗い線と明るい線を示します。

このデバイスは非常に敏感であり、正確な温度計としても機能します。 たとえば、水で満たされたセルを分割ビームの一方のパスに配置し、空気で満たされたセルを他方のパスに配置することができます。 水などの流体の屈折率は温度に依存し、セル内の水がわずかな温度変化を経験する場合でも、結果として生じる縞模様に影響が見られます。 マッハツェンダー干渉計を使用して、水温の非常にわずかな変化を測定することができます。

マッハツェンダー干渉計を使用して正確な測定を行う際には、光学を理解することが重要です。 光が表面に当たると、表面の反対側の材料の屈折率が高い場合、反射光は波長のちょうど半分だけシフトします。 この材料の屈折率が低い場合、反射ビームに位相変化はありません。 光がある媒体から別の媒体に移動するとき、位相の変化もありませんが、屈折のためにビームの方向が変わります。

マッハツェンダー干渉計を使用して、気体の屈折率を調べたり、物体の平坦性をチェックすることもできます。 プレートまたは表面の光学的不正確さの測定は、干渉計を使用して行うこともできます。 一部の科学者は、光弁別法を使用して変化を観察することにより、フロー可視化アプリケーションで干渉計を使用しています。