如何搭建馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）

什麼是馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）？

馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）是一種簡易干涉測量儀器，用於測量兩束準直光束之間的相位偏差。這種相位偏差可用於確定小位移、穿透式光學元件的穿透波前誤差、透明材料的折射率、風洞中的空氣流動等等。

馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）由一個相干光源（雷射等）、兩個分光鏡和兩個反射鏡組成（圖1 和 圖2）。首先，利用第一個分光鏡將光源分成兩路。這兩束光各自具有相同的光路長度，即行進的距離乘以經過介質的折射率。每個光束從一個反射鏡上反射出來，並由第二個分光鏡重新組合。如果兩束光的光路長度之差小於光源的相干長度，就會產生干涉條紋。由於光源的相干長度可能極短，因此部件的精密度和對準是至關重要的。樣品可以放在其中一個光束路徑上進行測量。由此產生的光路長度差可以透過觀察干涉條紋的變化來測量。

採用 Edmund Optics^®公司的現成部件組裝系統

類似 圖 2所示的系統可以按照以下指南進行組裝。

子模組

每個光學子模組均可添加到桌面麵包板上，並透過光學導軌輕鬆沿光軸滑動。放置在光軌載體上的小型線性運動平臺可輕鬆在光軸方向或正交方向進行微調。

光學底座

光源模組

可變光闌

平凹透鏡鏡座

平凸透鏡鏡座

投影透鏡鏡座

帶反射鏡的萬向調整架（ 2套 ）

帶分光鏡的萬向調整架（2套）

完整的部件清單

馬赫-曾德爾干涉儀（Mach-Zehnder Interferometer）的對準

雷射光源、光圈和透鏡必須對準同一光軸。理想情況下，這些元件即使在光軌上平移，其光軸也應不變。安裝在光學導軌載體上的平臺可以實現垂直於導軌方向的水平運動。

1. 安裝雷射模組
   • 使用轉接座（#18291）將雷射模組（直徑Φ19.1mm）固定在 #15866 上。
   • 可輕鬆調整雷射角度。
   • 調整支架的角度，使雷射光束與光軌平行。

   

   

   圖 10：安裝雷射模組
2. 對準雷射的光軸
   • 使用光圈模組來保持系統所有元件的光軸中心不變。
   • 將雷射照射到光圈的中心。
   • 將光圈沿光學導軌滑下，同時對動態鏡座進行調整，使雷射在整個範圍內均保持在光圈中心。

   
   

3. 對準平凸透鏡的光軸
   • 左右滑動透鏡單元的同時，調整長焦距平凸透鏡的光軸。
   • 用接桿來調整透鏡的高度，用鳩尾臺來調整垂直方向的光軸。

   
   

4. 對準平凹透鏡的光軸
   • 在光路中放置一個短焦距的平凹透鏡。
   • 左右滑動透鏡單元的同時調整光軸。
   • 用接桿來調整透鏡的高度，用鳩尾臺來調整垂直方向的光軸。

   
   

5. 定位透鏡以形成擴束鏡
   • 兩個透鏡應以其焦距之和間隔分開。在這種情況下，間隔應該是76.2mm-25mm=51.2mm。
   • 如要瞭解更多配對透鏡將光束直徑擴大到所需尺寸的相關資訊，請參閱另一篇 應用說明《如何利用現貨光學元件設計擴束鏡》。
   • 選擇反射率較低的鍍膜透鏡對避免雜散光有重要意義。

   
   

6. 對準反射鏡和分光鏡
   • 兩條光路的長度必須相等（或幾乎相等），且最後的光束必須重疊才能獲得條紋。
   • 在位置 A 處放置分光鏡將雷射分成兩路，在位置 D 處放置另一分光鏡將光束重新合束。
   • 調整距離，使A-B-D和A-C-D的光路長度相同。
   • 必須注意防止反射鏡/分光鏡鏡座邊緣遮擋光束。
   • 穿透D的光束必須與在D處反射的光束相重合。
   • 調整反射鏡的位置和角度，使兩束光在D之後以及D之後的軌道上進一步重疊（圖 15）。

   
   

7. 檢查干涉條紋的情況
   • 在D之後添加一個放大鏡可以更容易識別邊緣。
   • 平臺在光軌上的位置與其他元件可能需要對準微調，以獲得條紋

   
   

更多資源

• 如何利用現貨光學元件設計擴束鏡
• 利用現貨光學元件進行設計的5大技巧
• 雷射光學元件的量測
• 使用庫存元件構建客製光學隔離器
• 光學籠式系統的應用：邁克生干涉儀（Michelson Interferometer）