Abstract
This paper proposes how to fabricate an educational Mach-Zehnder interferometer that is easy to align and inexpensive, using 3D printers and semiconductor lasers. The interferometer consists of a body $165mm{\times}120mm{\times}57mm$ in size, mirror mounts, a laser holder, beam splitters, and so on. The laser path is adjusted by 4 mirror mounts, each comprised of rubber bands, small metal wires, and a screw. The interference fringe is enlarged by the lens at the final stage. The refractive index of a slide glass was measured by counting the number of moving interference fringes while the slide glass, inserted into one of the two interferometer arms, is rotating. The formula for the refractive index as a function of the optical-path difference and rotation angle was obtained, and used to calculate the refractive index of glass from the interferometer experiment. The use of a rotating glass in one arm of the interferometer nullifies the need for a precision stage, which despite its high cost is often required to observe the moving interference fringe in the classroom. Therefore, the 3D-printed Mach-Zehnder interferometer proposed in this paper can be very useful for education, because of its affordability and performance. It enables students to perform both qualitative and quantitative studies using a 3D-printed interferometer, such as measuring the refractive index of a glass sample, and the wavelength of light.
3D 프린터와 반도체 레이저를 사용하여 정렬하기 쉽고 저렴한 교육용 마흐젠더 간섭계를 제작하는 방법을 제안하였다. 간섭계는 $165mm{\times}120mm{\times}57mm$ 크기의 몸체, 거울 마운트, 레이저 홀더, 광분할기 등으로 구성된다. 레이저 경로는 고무 밴드, 작은 금속 막대 및 나사로 구성된 4개의 거울 마운트로 조정하였다. 간섭무늬는 최종 단계에서 렌즈에 의해 확대되었다. 슬라이드 글라스의 굴절률은 간섭계 팔 중 하나에 삽입된 슬라이드 글라스가 회전하는 동안 이동하는 간섭무늬의 수를 계수함으로써 측정되었다. 굴절률을 구하는 식을 광경로차와 회전 각도의 함수로 찾았으며, 간섭계 실험에서 유리의 굴절률을 계산하는데 사용하였다. 간섭계의 한 팔에서 유리를 회전시키면 교실에서 움직이는 간섭무늬를 관찰하기 위해 고가이지만 사용되었던 정밀 스테이지가 필요 없게 된다. 따라서 이 논문에서 제안 된 3차원 프린터로 제작한 마흐젠더 간섭계는 경제성과 성능 때문에 교육에 매우 유용할 것으로 기대된다. 학생들이 3차원 프린터로 제작한 간섭계를 사용하여 유리의 굴절률과 빛의 파장을 측정하는 등의 정성적 및 정량적 연구를 수행 할 수 있을 것이다.