Lexikon der Optik: Laserkreisel
Laserkreisel, Lasergyroskop, Ringlasergyroskop, ein rotierender Ringlaser, mit dessen Hilfe sich Rotationsgeschwindigkeiten sehr genau messen lassen. Sein Arbeitsprinzip basiert auf dem Sagnac-Versuch. Die durch eine Rotation bedingte Änderung der Umlaufzeit des Lichtes in einem Ringresonator (bestehend aus 3 oder 4 auf dem Umfange eines Kreises symmetrisch angeordneten Spiegeln) – sie vergrößert oder verkleinert sich je nachdem, ob das Licht gleichsinnig mit der Rotation oder gegensinnig zu ihr umläuft – hat die gleiche Wirkung wie eine Längenänderung bei einem ruhenden Resonator. Daher führt die Rotation zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenzen des Ringresonators, die für die beiden Umlaufsrichtungen des Lichtes entgegengesetzt ist. Bei diesen verschobenen Resonanzfrequenzen schwingt der Laser, wobei die Frequenzdifferenz Δν=4 F n·Ω/(lλ) beträgt. Dabei bezeichnen F die vom Lichtwege im Ringlaser umfahrene Fläche, n den Einheitsvektor in Richtung der Flächennormale, Ω den Vektor der Winkelgeschwindigkeit, l die Resonatorlänge und λ die Wellenlänge des Lichtes. Der Frequenzunterschied Δν – und damit die Rotationsfrequenz – läßt sich sehr genau bestimmen, indem man die beiden aus dem Resonator ausgetretenen Wellen auf den gleichen Photodetektor fallen läßt und das Schwebungssignal beobachtet (optischer Überlagerungsempfang). Als Laser werden vorzugsweise Gaslaser (meist He-Ne-Laser) verwendet, die im Einmoden-Betrieb arbeiten und im sichtbaren Spektralbereich emittieren. Mit dem L. lassen sich Winkelgeschwindigkeiten bis herab zu 0,01°/h messen. Er wird insbesondere in der Raumfahrt als Navigationsinstrument eingesetzt.
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