如何搭建马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer）

什么是马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer）？

马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer）是一种简单的干涉测量仪器，测量两束准直的光束之间的相位偏差。这种相位偏差可用于确定小位移、透射式光学器件的透射波前误差、透明材料的折射率、风洞中的空气流动等等。

马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer）由一个相干光源（如：激光）、两个分光镜和两个反射镜组成（图1 和图2）。首先，利用第一个分光镜将光源分成两路。这两束光各自具有相同的光路长度，即行进的距离乘以它们经过的介质的折射率。每个光束从一个反射镜上反射出来，并由第二个分光镜重新组合。如果两束光的光路长度之差小于光源的相干长度，就会产生干涉条纹。由于光源的相干长度可能极短，因此精密的部件和对准是至关重要的。样品可以通过放在其中一个光束路径上进行测量。由此产生的光路长度差可以通过观察干涉条纹的变化来测量。

图 1: 马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer）的典型光学原理图

采用爱特蒙特光学（Edmund Optics）公司现成的部件组装的台式马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer）系统

图 2: 采用爱特蒙特光学（Edmund Optics^®）公司的现成部件组装的台式马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer）系统

采用 Edmund Optics^® 公司的现成部件组装系统

类似 图 2 所示的系统可以按照以下指南进行组装。\

子组件

每个光学子组件都可以添加到桌面面包板上，并通过光学导轨轻松沿光轴滑动。放置在光轨载体上的小型线性运动平台使其很容易在光轴方向或正交方向进行微调。

光学底座

产品编码 #	产品描述	数量
#54641	600毫米 x 300毫米，面包板	1
#54929	紧凑型光学导轨，500毫米长度	2

光源

产品编码 #	产品描述	数量
#86848	相干（Coherent^®） StingRay™ 激光二极管模块 1231490 \| 520nm, 5mW	1
#59099	5V 通用电源	1
#18291	E 系列 19.1mm 内径适配器	1
#15866	E 系列运动型安装座，25.0/25.4mm 光学直径	1
#59760	不锈钢接杆，长度 63.5mm，M6 螺钉	1
#58973	接杆固定架，M6 螺纹，长度 76.2mm	1
#58992	接杆套管	1
#16714	燕尾台，30毫米方形尺寸，公制	1
#11164	紧凑型载重架，长30mm x 宽35mm	1

图 3: 光源子组件

可变光阑

产品编码 #	产品描述	数量
#53914	封装的可变光阑，30.8mm 外径	2
#58963	不锈钢接杆，2.5英寸长，8-32 螺钉	2
#58973	接杆固定架，长度 76.2mm，M6 螺纹	2
#58992	接杆套管	2
#16714	燕尾形平台，30毫米方形尺寸，公制	2
#11164	紧凑型载重架，长30mm x 宽35mm	2

图 4: 可变光阑子组件

平凹透镜安装座

产品编码 #	产品描述	数量
#64552	透镜安装座，兼容 6.0mm 直径的光学元件	1
#48690	平凹透镜，6mm直径 x-15 焦距，VIS 0°镀膜	1
#59760	不锈钢接杆，长度 63.5mm，M6 螺钉	1
#58973	接杆固定架，长度 76.2mm，M6 螺纹	1
#58992	接杆套管	1
#16714	燕尾形平台，30毫米方形尺寸，公制	1
#11164	紧凑型载重架，长30mm x 宽35mm	1

图 5: 平凹透镜安装座子组件

平凸透镜安装座

产品编码 #	产品描述	数量
#13787	25.0/25.4mm 光学直径, SM1 薄型镜架, M4	1
#62573	平凸透镜，25.4毫米直径 x 76.2毫米焦距，VIS 0°镀膜	1
#58953	不锈钢接杆，长度63.5mm，M4螺钉	1
#58973	接杆固定架，长度76.2mm，M6螺纹	1
#58992	接杆套管	1
#16714	燕尾形平台，30毫米方形尺寸，公制	1
#11164	紧凑型载重架，长30mm x 宽35mm	1

图 6: 平凸透镜安装座子组件

投影透镜安装座

产品编码 #	产品描述	数量
#13787	25.0/25.4mm 光学直径, SM1 薄型镜架, M4	1
#47917	双凹透镜，25mm 直径 x -25mm 焦距, VIS 0°镀膜	1
#58953	不锈钢接杆，长度63.5mm，M4螺钉	1
#58973	接杆固定架，长度63.5mm，M4螺钉	1
#58992	接杆套管	1
#16714	燕尾形平台，30毫米方形尺寸，公制	1
#11164	紧凑型载重架，长30mm x 宽35mm	1

图 7: 投影透镜安装子组件

带反射镜的万向调整架( 2套 )

产品编码 #	产品描述	数量
#54999	精密万向调整架，25.0/25.4mm 光学直径	2
#64015	λ/10 波长反射镜，25mm 直径，增强性铝膜	2
#59759	不锈钢接杆，长度50.8mm，M6 螺钉	2
#58972	接杆固定架，长度 50.8mm，M6螺纹	2
#58992	接杆套管	2
#66393	公制千分尺，30毫米，侧面驱动，标准顶部，0.5英寸行程	2
#11164	紧凑型载重架，长30mm x 宽35mm	2

图 8: 带反射镜的万向调整架子组件

带分光镜的万向调整架（2套）

产品编码 #	产品描述	数量
#54999	精密万向调整架，25.0/25.4mm 光学直径	2
#34413	VIS 楔形分光平片，25毫米直径 50R/50T	2
#59759	不锈钢接杆，长度50.8mm，M6 螺钉	2
#58972	接杆固定架，长度 50.8mm，M6螺纹	2
#58992	接杆套管	2
#66393	公制千分尺，30毫米，侧面驱动，标准顶部，0.5英寸行程	2
#11164	紧凑型载重架，长30mm x 宽35mm	2

图 9: 带分光镜的万向调整架子组件

完整的零件清单

产品编码 #	产品描述	数量
#54641	600毫米 x 300毫米，面包板	1
#54929	紧凑型光学导轨，500毫米长度	2
#11164	紧凑型载重架，长30mm x 宽35mm	10
#16714	燕尾形平台，30毫米方形尺寸，公制	6
#66393	公制千分尺，30毫米，侧面驱动，标准顶部，0.5英寸行程	4
#58972	接杆固定架，长度 50.8mm，M6螺纹	4
#58973	接杆固定架，长度76.2mm，M6 螺纹	6
#58992	接杆套管	10
#59760	不锈钢接杆，长度63.5mm，M6螺钉	2
#58953	不锈钢接杆，长度 63.5mm，M4 螺钉	2
#59759	不锈钢接杆，长度50.8mm，M6 螺钉	4
#58963	不锈钢接杆，长度2.5英寸，8-32螺钉	2
#86848	相干（Coherent^® ）StingRay™ 激光二极管模块 1231490 \| 520nm, 5mW	1
#59099	5V 通用电源	1
#15866	E 系列运动型安装座，25.0/25.4mm 光学直径	1
#18291	E 系列 19.1mm 内径适配器	1
#53914	封装的可变光阑，30.8mm 外径	2
#64552	透镜安装座，兼容 6.0mm 直径的光学元件	1
#48690	平凹透镜，6mm直径 x-15 焦距，VIS 0°镀膜	1
#13787	25.0/25.4mm 光学直径, SM1 薄型镜架, M4	2
#62573	平凸透镜，25.4毫米直径 x 76.2毫米焦距，VIS 0°镀膜	1
#47917	25mm Dia. x -25mm FL, VIS 0°镀膜, 双凹透镜	双凹透镜，25mm 直径 x -25mm 焦距, VIS 0°镀膜
#54999	精密万向调整架，25.0/25.4mm 光学直径	4
#64015	λ/10 波长反射镜，25mm 直径，增强性铝膜	2
#34413	VIS 楔形分光平片，25毫米直径 50R/50T	2

马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer）的对准

激光器、光圈和透镜必须对准同一光轴。理想情况下，这些组件即使在光轨上平移，其光轴也不应该改变。安装在光学导轨载体上的平台可以实现垂直于导轨方向的水平运动。

安装激光模块
- 使用适配器（#18291）将激光模块（直径Φ19.1mm）固定在 #15866 上。
- 这使得调整激光角度变得很容易。
- 调整支架的角度，使激光束与光轨平行。
图 10: 安装激光模块
对准激光器的光轴
- 使用光圈子组件来保持系统所有组件的光轴中心不变。
- 将激光照射到虹膜的中心。
- 将光圈沿光学导轨滑下，同时对运动学支架进行调整，使激光在整个范围内保持在光圈中心。
图 11: 对准激光器的光轴
对准平凸透镜的光轴
- 在左右滑动透镜单元的同时，调整长焦距平凸透镜的光轴。
- 用接杆来调整透镜的高度，用燕尾台来调整垂直方向的光轴。
图 12: 将平凸透镜的光轴与长焦距对齐
对准平凹透镜的光轴
- 在光路中放置一个短焦距的平凹透镜。
- 在左右滑动透镜单元的同时调整光轴。
- 用接杆来调整透镜的高度，用燕尾台来调整垂直方向的光轴。
图 13: 将平凹透镜的光轴与短焦距对齐
定位透镜以形成扩束镜
- 两个透镜应以其焦距之和分开。在这种情况下，间隔应该是76.2毫米-25毫米=51.2毫米。
- 要了解更多关于配对透镜将光束直径扩大到所需尺寸的信息，请访问我们的另一篇应用说明《如何利用现货光学件设计扩束镜》。
- 选择反射率较低的镀膜透镜对避免杂散光有重要意义。
图 14: 将两个透镜子组件放置在光圈前面，形成扩束镜
对准反射镜和分光镜
- 两条光路的长度必须相等（或几乎相等），而且最后的光束必须重叠才能获得条纹。
- 在位置 A 处放置分光镜将激光分成两路，在位置 D 处放置另一分光镜将光束重新合束。
- 调整距离，使A-B-D和A-C-D的光路长度相同。
- 必须注意防止反射镜/分光镜安装座边缘遮挡光束。
- 透过D的光束必须与在D处反射的光束相重合。
- 调整反射镜的位置和角度，使两束光在D之后以及D之后的轨道上进一步重叠（图 15）。
图 15: 对准反射镜和分光镜
检查干涉条纹的情况
- 在D之后添加一个放大镜可以使其更容易识别边缘。
- 平台在光轨上的位置和其他组件的对准可能需要微调，以获得条纹
图 16: 由现成的元件建造的马赫-曾德尔干涉仪（Mach-Zehnder Interferometer）的最终装置