Το συμβολόμετρο Mach-Zehnder είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για την πραγματοποίηση ακριβών οπτικών μετρήσεων. Μπορεί να δείξει παρεμβολές χωρίζοντας μια δέσμη φωτός και μετρώντας τις μετατοπίσεις φάσης μεταξύ των δύο. Πριν από περισσότερο από έναν αιώνα, η συσκευή δημιουργήθηκε από τους εξέχοντες φυσικούς Ludwig Zehnder και Ludwig Mach. Ένα ευέλικτο διαγνωστικό εργαλείο, το συμβολόμετρο Mach-Zehnder χρησιμοποιείται για την επεξήγηση παραδειγμάτων στην κβαντική φυσική, την αεροδυναμική και τη φυσική του πλάσματος. Ροές αέρα γύρω από αεροδυναμικές δομές και μπορούν να παρατηρηθούν αλλαγές θερμοκρασίας, πίεσης και πυκνότητας σε αέρια μέσα.
Τα βασικά στοιχεία του συμβολόμετρου είναι μια πηγή φωτός, δύο διαχωριστές δέσμης, δύο καθρέφτες και δύο ανιχνευτές. Ο διαχωριστής δέσμης είναι τις περισσότερες φορές ένας μισοαργυρωμένος καθρέφτης που διαθλά ένα μέρος της δέσμης φωτός και αντανακλά το υπόλοιπο. Το φως από μια πηγή φωτός, συνήθως ένα λέιζερ, πέφτει σε έναν διαχωριστή δέσμης, ο οποίος χωρίζει το φως σε δύο δέσμες ίσης έντασης. Οι δοκοί ταξιδεύουν σε διαφορετικές κατευθύνσεις και χτυπούν τους δύο καθρέφτες. Η φάση κάθε δέσμης φωτός αλλάζει από την επαφή της με την επιφάνεια του καθρέφτη.
Οι δέσμες ανασυνδυάζονται στον δεύτερο διαχωριστή δέσμης και οι ανιχνευτές βοηθούν στη μελέτη των διαφορών φάσης στις φωτεινές διαδρομές. Μια εναλλακτική διάταξη έχει τις ανασυνδυασμένες δέσμες να περνούν μέσα από έναν θετικό φακό, με αποτέλεσμα οι δέσμες να εστιάζουν σε ένα μόνο σημείο. Εάν όλες οι ανακλώσες επιφάνειες είναι ευθυγραμμισμένες με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι απολύτως παράλληλες, δεν δημιουργούνται κρόσσια παρεμβολής όταν οι δοκοί ανασυνδυάζονται. Ωστόσο, εάν οι γωνίες των επιφανειών των κατόπτρων διαφέρουν έστω και ελαφρώς, τότε οι ανασυνδυασμένες δοκοί παράγουν κρόσσια παρεμβολής. Το μοτίβο κροσσών παρεμβολής που παράγεται από το συμβολόμετρο Mach-Zehnder θα δείχνει σκούρες και φωτεινές γραμμές που ποικίλλουν σε ένταση.
Η συσκευή είναι εξαιρετικά ευαίσθητη και μπορεί να λειτουργήσει ακόμη και ως ακριβές θερμόμετρο. Για παράδειγμα, μια κυψέλη γεμάτη με νερό θα μπορούσε να τοποθετηθεί στη διαδρομή μιας από τις διαχωρισμένες δέσμες, ενώ μια άλλη γεμάτη με αέρα θα μπορούσε να τοποθετηθεί στην άλλη διαδρομή. Ο δείκτης διάθλασης υγρών όπως το νερό εξαρτάται από τη θερμοκρασία και αν το νερό στο κύτταρο παρουσιάσει έστω και μια ελαφρά αλλαγή θερμοκρασίας, το αποτέλεσμα φαίνεται στο μοτίβο κροσσών που προκύπτει. Είναι δυνατό να μετρήσετε πολύ μικρές αλλαγές στη θερμοκρασία του νερού με το συμβολόμετρο Mach-Zehnder.
Είναι σημαντικό να έχετε κατανόηση της οπτικής όταν χρησιμοποιείτε συμβολόμετρο Mach-Zehnder για να κάνετε ακριβείς μετρήσεις. Όταν το φως πέφτει σε μια επιφάνεια, το ανακλώμενο φως μετατοπίζεται ακριβώς κατά μισό μήκος κύματος εάν το υλικό στην άλλη πλευρά της επιφάνειας έχει υψηλότερο δείκτη διάθλασης. Εάν ο δείκτης διάθλασης αυτού του υλικού είναι χαμηλότερος, τότε δεν υπάρχει αλλαγή φάσης στην ανακλώμενη δέσμη. Όταν το φως ταξιδεύει από το ένα μέσο στο άλλο, δεν υπάρχει ούτε αλλαγή φάσης, αλλά η κατεύθυνση της δέσμης αλλάζει λόγω διάθλασης.
Το συμβολόμετρο Mach-Zehnder μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη του δείκτη διάθλασης των αερίων και ακόμη και για τον έλεγχο των αντικειμένων για επιπεδότητα. Η μέτρηση των οπτικών ανακρίβειων σε μια πλάκα ή επιφάνεια μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί με τη βοήθεια του συμβολόμετρου. Μερικοί επιστήμονες χρησιμοποιούν επίσης το συμβολόμετρο σε εφαρμογές οπτικοποίησης ροής χρησιμοποιώντας την τεχνική της διάκρισης φωτός για να παρατηρήσουν τις αλλαγές.