Wat is de Mach-Zehnder-interferometer?
De Mach-Zehnder-interferometer is een apparaat dat wordt gebruikt voor het uitvoeren van precieze optische metingen. Het kan interferentie aantonen door een lichtstraal te splitsen en de faseverschuivingen tussen beide te meten. Meer dan een eeuw geleden werd het apparaat gemaakt door de prominente fysici Ludwig Zehnder en Ludwig Mach. Een veelzijdige diagnostische tool, de Mach-Zehnder interferometer wordt gebruikt om voorbeelden te illustreren in de kwantumfysica, aerodynamica en plasmafysica. Lucht stroomt rond aerodynamische structuren en temperatuurveranderingen, druk en dichtheid in gasvormige media kunnen worden waargenomen.
De basiscomponenten van de interferometer zijn een lichtbron, twee straalsplitters, twee spiegels en twee detectoren. De straalsplitter is meestal een half verzilverde spiegel die een deel van de lichtstraal breekt en de rest reflecteert. Licht van een lichtbron, meestal een laser, valt op een straalsplitser, die het licht splitst in twee stralen van gelijke intensiteit. De stralen bewegen in verschillende richtingen en raken de twee spiegels. De fase van elke lichtstraal wordt veranderd door zijn contact met het spiegeloppervlak.
De stralen worden opnieuw gecombineerd in de tweede straalsplitser en detectoren helpen bij het bestuderen van de faseverschillen in de lichtpaden. Een alternatieve opstelling laat de gerecombineerde stralen door een positieve lens gaan, waardoor de stralen op een enkel punt scherpstellen. Als alle reflecterende oppervlakken zodanig zijn uitgelijnd dat ze absoluut evenwijdig zijn, ontstaan er geen interferentieranden als de bundels recombineren. Als de hoeken van de spiegeloppervlakken echter zelfs enigszins verschillen, produceren de gerecombineerde stralen interferentieranden. Het interferentierandpatroon geproduceerd door de Mach-Zehnder-interferometer zal donkere en heldere lijnen vertonen die in intensiteit variëren.
Het apparaat is extreem gevoelig en kan zelfs als een nauwkeurige thermometer fungeren. Een cel gevuld met water zou bijvoorbeeld in het pad van een van de gesplitste balken kunnen worden geplaatst, terwijl een andere gevuld met lucht in het andere pad kan worden geplaatst. De brekingsindex van vloeistoffen zoals water is afhankelijk van de temperatuur, en als het water in de cel zelfs een kleine temperatuurverandering ervaart, is het effect zichtbaar in het resulterende randpatroon. Het is mogelijk om zeer kleine veranderingen in de watertemperatuur te meten met de Mach-Zehnder interferometer.
Het is belangrijk om inzicht te hebben in optica wanneer u een Mach-Zehnder-interferometer gebruikt om nauwkeurige metingen te maken. Wanneer licht op een oppervlak valt, verschuift het gereflecteerde licht met precies een halve golflengte als het materiaal aan de andere kant van het oppervlak een hogere brekingsindex bezit. Als de brekingsindex van dit materiaal lager is, dan is er geen faseverandering in de gereflecteerde straal. Wanneer licht van het ene medium naar het andere reist, is er ook geen faseverandering, maar de richting van de straal verandert door breking.
De Mach-Zehnder-interferometer kan ook worden gebruikt om de brekingsindex van gassen te bestuderen en zelfs objecten op vlakheid te controleren. Meting van optische onnauwkeurigheden in een plaat of oppervlak kan ook worden uitgevoerd met behulp van de interferometer. Sommige wetenschappers gebruiken de interferometer ook in flow-visualisatie-toepassingen door de techniek van lichtdiscriminatie te gebruiken om veranderingen waar te nemen.