Hva er Mach-Zehnder interferometer?
Mach-Zehnder interferometer er en enhet som brukes til å utføre presise optiske målinger. Det kan demonstrere interferens ved å dele en lysstråle og måle faseforskyvningene mellom de to. For mer enn et århundre siden ble enheten skapt av de fremtredende fysikerne Ludwig Zehnder og Ludwig Mach. Mach-Zehnder interferometer er et allsidig diagnostisk verktøy som brukes til å illustrere eksempler innen kvantefysikk, aerodynamikk og plasmafysikk. Luft strømmer rundt aerodynamiske strukturer, og temperaturendringer, trykk og tetthet i gassformede medier kan observeres.
De grunnleggende komponentene i interferometeret er en lyskilde, to strålesplittere, to speil og to detektorer. Strålesplitteren er oftest et halvsølv speil som bryter en del av lysstrålen og reflekterer resten. Lys fra en lyskilde, vanligvis en laser, faller på en strålesplitter, som deler lyset i to stråler med lik intensitet. Bjelkene beveger seg i forskjellige retninger og treffer de to speilene. Fasen til hver lysstråle endres ved kontakt med speiloverflaten.
Bjelkene blir rekombinert i den andre strålesplitteren, og detektorer hjelper til med å studere faseforskjellene i lysbanene. Et alternativt arrangement har de rekombinerte bjelkene gjennom en positiv linse, noe som får bjelkene til å fokusere på et enkelt punkt. Hvis alle de reflekterende flatene er rettet inn på en slik måte at de er helt parallelle, produseres det ingen interferensfronter når bjelkene rekombinerer. Hvis vinklene på speilflatene skiller seg enda litt, vil de rekombinerte bjelkene imidlertid gi interferensfronter. Interferensfrynsemønsteret produsert av Mach-Zehnder interferometer vil vise mørke og lyse linjer som varierer i intensitet.
Enheten er ekstremt følsom og kan til og med fungere som et nøyaktig termometer. For eksempel kunne en celle fylt med vann plasseres i banen til en av delte bjelker, mens en annen fylt med luft kunne plasseres i den andre banen. Brytningsindeksen for væsker som vann avhenger av temperatur, og hvis vannet i cellen opplever til og med en svak temperaturendring, sees effekten i det resulterende frynsemønsteret. Det er mulig å måle veldig små endringer i vanntemperatur med Mach-Zehnder interferometer.
Det er viktig å ha forståelse for optikk når du bruker et Mach-Zehnder interferometer for å gjøre nøyaktige målinger. Når lys faller på en overflate, forskyves det reflekterte lyset med nøyaktig en halv bølgelengde hvis materialet på den andre siden av overflaten har en høyere brytningsindeks. Hvis brytningsindeksen til dette materialet er lavere, er det ingen faseforandring i den reflekterte strålen. Når lys beveger seg fra et medium til et annet, er det ingen faseforandring heller, men bjelkens retning endres på grunn av refraksjon.
Mach-Zehnder-interferometeret kan også brukes til å studere brytningsindeksen for gasser og til og med sjekke objekter for flathet. Måling av optiske unøyaktigheter i en plate eller overflate kan også utføres ved hjelp av interferometeret. Noen forskere bruker også interferometeret i flytvisualiseringsapplikasjoner ved å bruke teknikken for lett diskriminering for å observere endringer.