马赫-曾德尔干涉仪

路德维希·马赫和路德维·曾德尔命名的仪器

马赫-曾德尔干涉仪（Mach–Zehnder interferometer）是一种干涉仪，可以用来观测从单独光源发射的光束分裂成两道准直光束之后，经过不同路径与介质所产生的相对相移变化。这仪器是因德国物理学者路德维希·马赫（恩斯特·马赫之子）和路德维·曾德尔而命名。曾德尔首先于1891年提出这构想，后来马赫于1892年发表论文对这构想加以改良。

简介

马曾干涉仪的内部设置可以很容易更改。与迈克耳孙干涉仪明显不同，两道被分裂的光束只会分别行经一次马曾干涉仪的两条严格分隔的路径。

由于白光的相干长度很有限，数量级为微米，必须非常仔细的将白光的所有波长的光程都调整为一样，才能通过马曾干涉仪将白光制成黑白相间的干涉条纹，否则无法观察到干涉条纹。如首段火焰图所示，一个同样玻璃材质的“补偿盒”被置入参考光束的路径来匹配“检验盒”，这样，两个盒子的光学色散可以调整为一样。注意到两个分束器的精确取向，两个分束器的反射表面应该有完全相反取向（一个面向左上方，一个面向右下方），这样，检验光束与参考光束会透射过同样厚度的玻璃。由于检验光束与参考光束都经历到两个“空气－镜面的界面反射”，造成同样的相移，因此，在最右方屏幕会形成相长干涉图样，显示为白色火焰；而在最上方屏幕会另外形成相消干涉图样，显示为黑色火焰。

准直光源会形成非局域条纹图案；延伸光源会形成局域条纹图案。仔细调整镜子与分束器的取向，即可使干涉条纹形成于指定局域位置。对于大多数案例，通过调整的动作，可使干涉条纹形成的平面与检验物体同面，这样，两者可以一起成像。

马曾干涉仪的内部工作空间相当宽广，干涉条纹的形成位置有很多种选择，因此，它是观察在风洞里气体流动的佳选。对于一般流动可视化研究，也是很好选择。它时常被用于空气动力学、等离子物理学与传热学领域，可以测量气体的压强、密度和温度的变化。

马曾干涉仪时常被用来研究量子纠缠──量子力学的最反直觉的预测之一。

工作原理

仪器内构

一道准直光束被第一块半镀银镜分裂成两道光束，称为“样品光束”与“参考光束”。这两道光束分别被两块镜子反射后，又通过同样的第二块半镀银镜，然后进入检测器。

除了最后一块半镀银镜以外，所有全镀银镜与半镀银镜的表面都是面对入射光束。最后一块半镀银镜的表面是面对透射过第一块半镀银镜的光束。

应用

由于马赫-曾德尔干涉仪具有多功能性质，它被广泛应用在量子力学的基础研究论题里，例如，对于反事实确定性、量子纠缠、伊利泽-威德曼炸弹测试问题、量子擦除实验、量子芝诺效应、中子衍射的研究。

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