campi continui

Esperimenti di ottica materiale

Interferometro Mach-Zender


Finora si è visto che l’interferenza può essere prodotta da un biprisma, ottico o elettronico a seconda del tipo di fascio che si vuole utilizzare. Ma c’è un altro strumento che serve per produrre interferenza ed è l’interferometro di Mach- Zender.

Schema mach-Zender
Schema dell’interferometro Mach-Zender

Con questo strumento non appare una figura di interferenza su uno schermo di osservazione, ma il risultato dell’esperimento viene evidenziato dalla lettura dei due rivelatori R1 ed R2. Il fascio viene più volte diviso, usando alternativamente specchi semiriflettenti o totalmente riflettenti, al fine di produrre fasci coerenti con una determinata differenza di fase, i quali poi si faranno interagire prima di arrivare sia in R1, sia in R2.
Ogni volta che il fascio subisce una riflessione si sfasa di p/2 rispetto al fascio incidente.
In figura gli specchi semiriflettenti sono indicati con un tratteggio, mentre quelli completamente riflettenti sono indicati con un tratto continuo.
Il primo specchio, B1, che viene incontrato dal fascio è semiriflettente e qui il fascio di partenza si divide in due: si inizia a seguire il percorso del fascio riflesso, cioè il fascio che sta nella porzione superiore del disegno.

Quando il fascio arriva in S2, specchio completamente riflettente, viene completamente riflesso e quando arriva in B2 il fascio si divide ulteriormente in due: metà va in R1 e metà in R2. Facendo il conto delle riflessioni subite si può dire che, rispetto:

  • il fascio che arriva in R1 ha subito 3 riflessioni, quindi ha uno sfasamento ulteriore di 3p/2 1
  • il fascio che arriva in R2 ha subito 2 riflessioni, quindi ha uno sfasamento ulteriore di p

Si va ora a considerare il fascio che era passato attraverso lo specchio B1. Tale fascio segue il percorso più basso rispetto in figura e incontra dapprima lo specchio completamente riflettente S1 e viene quindi riflesso, poi lo specchio semiriflettente B2 e qui si divide in due: una parte va al rivelatore R1 e l’altra al rivelatore R2. Sempre tenendo conto delle riflessioni si può dire che:

  • il fascio che arriva in R1 ha subito 1 riflessione, quindi ha uno sfasamento ulteriore di p/2
  • il fascio che arriva in R2 ha subito 2 riflessioni, quindi ha uno sfasamento ulteriore di p

 

Si può allora concludere che:

  • in R1 arrivano due fasci con una differenza di fase tra di loro di p, quindi sono in opposizione di fase, quindi in R1 si avrà interferenza distruttiva, e perciò non si rivelerà alcun segnale.
  • in R2 arrivano due fasci con la stessa differenza di fase e che sono quindi in fase tra loro, perciò in R2 si avrà interferenza costruttiva, e si rivelerà un segnale.

È importante conoscere questo secondo metodo per produrre interferenza perché la maggior parte degli esperimenti di ottica materiale che vengono realizzati e che si vedranno in seguito utilizzano interferometri basati sul funzionamento dell’interferometro di Mach- Zender.