Worin unterscheidet sich Mach–Zehnder von Michelson?

Beide Geräte sind Zweistrahlinterferenz, aber beim Mach–Zehnder gibt es zwei getrennte Arme und zwei Teiler. Bequemer stellt man die Probe nur in einen Arm und nimmt das Signal an getrennten Ausgängen ab, ohne Rücklauf zur Quelle.

Warum ist die Periode in Δ gleich λ?

Die Phase ändert sich um 2π, wenn der Gangunterschied um eine Wellenlänge wächst; die Intensität ∝ cos² wiederholt sich mit demselben Schritt.

Was, wenn die Amplituden in den Armen ungleich sind?

Die Minima gehen nicht auf null — die Streifensichtbarkeit fällt. Hier sind die Amplituden gleich, damit die reine Phasenabhängigkeit bleibt.

Wird die Dispersion der Teilerschichten berücksichtigt?

Nein. Reale Würfel und Platten geben eine von λ abhängige Phasenverschiebung; bei breitbandigem Licht braucht man Kompensation.

Mach-Zehnder-Interferometer

Zwei Strahlen, Gangunterschied Δ; I ∝ cos²(πΔ/λ); Schema und Streifendiagramm.

Diagramme

Zum Modell

Mach-Zehnder-Interferometer: der erste Strahlteiler teilt das kohärente Bündel in zwei Arme, in einem davon wird der Gangunterschied Δ eingeführt, der zweite Strahlteiler überlagert die Bündel wieder. Bei gleichen Amplituden gilt I/I_max = cos²(πΔ/λ). Eine Änderung der Länge oder des Index in einem Arm gibt am Ausgang eine Phasenverschiebung. Anders als beim Michelson-Interferometer steht die Probe nur in einem Arm, die Ausgänge sind getrennt, und es gibt keinen Rücklauf zur Quelle. Dispersion der Teilerschichten, Polarisation und Erschütterungen entfallen.

Für wen: Hochschuloptik: Zweistrahlinterferenz, Vergleich mit dem Michelson-Interferometer.

Wichtige Begriffe

Mach-Zehnder-Interferometer
Gangunterschied
Interferenz
Strahlteiler
Streifensichtbarkeit
Kohärenz

So funktioniert es

Zwei Arme und zwei Teiler: der Gangunterschied Δ in einem Arm gibt I ∝ cos²(πΔ/λ) bei gleichen Amplituden. Auf dem Bildschirm — Schema und Streifendiagramm. Die Topologie eignet sich für eine Probe in einem Arm ohne Rücklauf zur Quelle.

Wichtige Gleichungen

I/I_max = cos²(π Δ / λ) (gleiche Amplituden)

Häufige Fragen

Worin unterscheidet sich Mach–Zehnder von Michelson?: Beide Geräte sind Zweistrahlinterferenz, aber beim Mach–Zehnder gibt es zwei getrennte Arme und zwei Teiler. Bequemer stellt man die Probe nur in einen Arm und nimmt das Signal an getrennten Ausgängen ab, ohne Rücklauf zur Quelle.
Warum ist die Periode in Δ gleich λ?: Die Phase ändert sich um 2π, wenn der Gangunterschied um eine Wellenlänge wächst; die Intensität ∝ cos² wiederholt sich mit demselben Schritt.
Was, wenn die Amplituden in den Armen ungleich sind?: Die Minima gehen nicht auf null — die Streifensichtbarkeit fällt. Hier sind die Amplituden gleich, damit die reine Phasenabhängigkeit bleibt.
Wird die Dispersion der Teilerschichten berücksichtigt?: Nein. Reale Würfel und Platten geben eine von λ abhängige Phasenverschiebung; bei breitbandigem Licht braucht man Kompensation.

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