馬赫-曾德爾干涉儀

簡介

馬赫-曾德爾干涉儀（ Mach–Zehnder interferometer）是一種干涉儀，可以用來觀測從單獨光源發射的光束分裂成兩道準直光束之後，經過不同路徑與介質所產生的相對相移變化。這儀器是因德國物理學者路德維希·馬赫（恩斯特·馬赫之子）和路德維·曾德爾而命名。曾德爾首先於1891年提出這構想，後來馬赫於1892年發表論文對這構想加以改良。

為了方便敘述，本文使用術語“馬曾干涉儀”來簡稱馬赫-曾德爾干涉儀。

簡介

馬曾干涉儀的內部設定可以很容易更改。與邁克耳孫干涉儀明顯不同，兩道被分裂的光束只會分別行經一次馬曾干涉儀的兩條嚴格分隔的路徑。

由於白光的相干長度很有限，數量級為微米，必須非常仔細的將白光的所有波長的光程都調整為一樣，才能通過馬曾干涉儀將白光製成黑白相間的干涉條紋，否則無法觀察到干涉條紋。如首段火焰圖所示，一個同樣玻璃材質的“補償盒”被置入參考光束的路徑來匹配“檢驗盒”，這樣，兩個盒子的光學色散可以調整為一樣。注意到兩個分束器的精確取向，兩個分束器的反射表面應該有完全相反取向（一個面向左上方，一個面向右下方），這樣，檢驗光束與參考光束會透射過同樣厚度的玻璃。由於檢驗光束與參考光束都經歷到兩個“空氣－鏡面的界面反射”，造成同樣的相移，因此，在最右方螢幕會形成相長干涉圖樣，顯示為白色火焰；而在最上方螢幕會另外形成相消干涉圖樣，顯示為黑色火焰。

準直光源會形成非局域條紋圖案；延伸光源會形成局域條紋圖案。仔細調整鏡子與分束器的取向，即可使干涉條紋形成於指定局域位置。對於大多數案例，通過調整的動作，可使干涉條紋形成的平面與檢驗物體同面，這樣，兩者可以一起成像。

馬曾干涉儀的內部工作空間相當寬廣，干涉條紋的形成位置有很多種選擇，因此，它是觀察在風洞裡氣體流動的佳選。對於一般流動可視化研究，也是很好選擇。它時常被用於空氣動力學、等離子物理學與傳熱學領域，可以測量氣體的壓強、密度和溫度的變化。

馬曾干涉儀時常被用來研究量子糾纏──量子力學的最反直覺的預測之一。

工作原理

儀器內構

一道準直光束被第一塊半鍍銀鏡分裂成兩道光束，稱為“樣品光束”與“參考光束”。這兩道光束分別被兩塊鏡子反射後，又通過同樣的第二塊半鍍銀鏡，然後進入檢測器。

除了最後一塊半鍍銀鏡以外，所有全鍍銀鏡與半鍍銀鏡的表面都是面對入射光束。最後一塊半鍍銀鏡的表面是面對透射過第一塊半鍍銀鏡的光束。

套用

由於馬赫-曾德爾干涉儀具有多功能性質，它被廣泛套用在量子力學的基礎研究論題里，例如，對於反事實確定性、量子糾纏、伊利澤-威德曼炸彈測試問題、量子擦除實驗、量子芝諾效應、中子衍射的研究。

參閱

•法布里－珀羅干涉儀

•邁克耳孫干涉儀

•邁克耳孫測星干涉儀