Mach-Zehnder interferometer är en enhet som används för att göra exakta optiska mätningar. Den kan påvisa störningar genom att dela en ljusstråle och mäta fasskiftningarna 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 strömmar 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 återkombineras i den andra stråldelaren och detektorer hjälper till att studera fasskillnaderna i ljusvägarna. Ett alternativt arrangemang har de rekombinerade strålarna passerar genom en positiv lins, vilket får strålarna att fokusera på en enda punkt. Om alla reflekterande ytor är inriktade på ett sådant sätt att de är absolut parallella, bildas inga interferensfransar när strålarna rekombinerar. Om vinklarna på spegelytorna skiljer sig till och med något, producerar de rekombinerade strålarna interferensfransar. Interferensfransmönstret som produceras av Mach-Zehnder-interferometern kommer att visa 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 de delade balkarna, medan en annan fylld med luft kan placeras i den andra banan. Brytningsindexet för vätskor som vatten beror på temperaturen, och om vattnet i cellen upplever ens en liten temperaturförändring, ses effekten i det resulterande fransmönstret. Det är möjligt att mäta mycket små förändringar i vattentemperaturen med Mach-Zehnder-interferometern.
Det är viktigt att ha en förståelse för optik när du använder en Mach-Zehnder-interferometer för att göra exakta mätningar. När ljus faller på en yta förskjuts det reflekterade ljuset med exakt en halv våglängd om materialet på andra sidan av ytan har ett högre brytningsindex. Om brytningsindexet för detta material är lägre, så finns det ingen fasförändring i den reflekterade strålen. När ljus färdas från ett medium till ett annat sker ingen fasförändring heller, men strålens riktning ändras på grund av brytning.
Mach-Zehnder-interferometern kan också användas för att studera brytningsindex för gaser och till och med kontrollera objekt för planhet. Mätning av optiska felaktigheter i en platta eller yta kan också utföras med hjälp av interferometern. Vissa forskare använder också interferometern i flödesvisualiseringstillämpningar genom att använda tekniken för ljusdiskriminering för att observera förändringar.