Vad är Mach-Zehnder-interferometern?
Mach-Zehnder-interferometern är en enhet som används för att göra exakta optiska mätningar. Det kan visa störningar genom att dela en ljusstråle och mäta fasskift mellan de två. För mer än ett sekel sedan skapades enheten av de framstående fysikerna Ludwig Zehnder och Ludwig Mach. Mach-Zehnder-interferometern är ett mångsidigt diagnostiskt verktyg som används för att illustrera exempel inom kvantfysik, aerodynamik och plasmafysik. Luft flödar runt aerodynamiska strukturer, och temperaturförändringar, tryck och densitet i gasformiga medier kan observeras.
De grundläggande komponenterna i interferometern är en ljuskälla, två stråldelare, två speglar och två detektorer. Stråldelaren är oftast en halvsilverad spegel som bryter en del av ljusstrålen och reflekterar resten. Ljus från en ljuskälla, vanligtvis en laser, faller på en stråldelare, som delar upp ljuset i två strålar med samma intensitet. Strålarna rör sig i olika riktningar och träffar de två speglarna. Fasen för varje ljusstråle ändras genom dess kontakt med spegelytan.
Strålarna kombineras om i den andra stråldelaren och detektorer hjälper till att studera fasskillnaderna i ljusbanorna. Ett alternativt arrangemang har de rekombinerade strålarna genom en positiv lins, vilket får strålarna att fokusera vid en enda punkt. Om alla de reflekterande ytorna är inriktade på ett sådant sätt att de är helt parallella, alstras inga interferensfransar när balkarna rekombineras. Om vinklarna på spegelytorna skiljer sig till och med något, emellertid, ger de rekombinerade balkarna interferensfransar. Interferens fransmönstret som produceras av Mach-Zehnder interferometer visar mörka och ljusa linjer som varierar i intensitet.
Enheten är extremt känslig och kan till och med fungera som en exakt termometer. Till exempel kan en cell fylld med vatten placeras i banan för en av delade balkar, medan en annan fylld med luft kunde placeras i den andra banan. Brytningsindexet för vätskor som vatten beror på temperaturen, och om vattnet i cellen upplever till och med en liten temperaturförändring ses effekten i det resulterande fransmönstret. Det är möjligt att mäta mycket små förändringar i vattentemperatur med Mach-Zehnder-interferometern.
Det är viktigt att ha förståelse för optik när man använder en Mach-Zehnder-interferometer för att göra exakta mätningar. När ljuset faller på en yta förskjuts det reflekterade ljuset med exakt en halv våglängd om materialet på andra sidan ytan har ett högre brytningsindex. Om brytningsindexet för detta material är lägre, sker ingen fasförändring i den reflekterade strålen. När ljus rör sig från ett medium till ett annat sker ingen fasändring heller, men strålens riktning förändras på grund av brytning.
Mach-Zehnder-interferometern kan också användas för att studera brytningsindexet för gaser och till och med kontrollera föremål för planhet. Mätning av optiska felaktigheter i en platta eller yta kan också utföras med hjälp av interferometern. Vissa forskare använder också interferometern i flödesvisualiseringsapplikationer genom att använda tekniken för ljusdiskriminering för att observera förändringar.