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Lexikon der Optik: Sagnac-Versuch

Sagnac-Versuch, ein 1913 von G. Sagnac erstmalig durchgeführtes Experiment, mit dem eine Rotation interferometrisch nachgewiesen wird. Auf einer drehbaren Scheibe sind in den Ecken eines Quadrates ein halbdurchlässiger und drei gut reflektierende Spiegel angebracht, des weiteren eine Lichtquelle und eine photographische Kamera (Abb.). Durch den halbdurchlässigen Spiegel wird der einfallende Lichtstrahl in zwei kohärente Bündel geteilt, von denen das eine im Uhrzeigersinne, das andere im entgegengesetzten Sinne umläuft. In der Kamera gelangen beide Bündel zur Interferenz, und es entsteht ein Streifenmuster. Läßt man nun die Scheibe rotieren, so vergrößert sich die Umlaufzeit des mit der Rotation gleichsinnig umlaufenden Bündels, während sich die des anderen Bündels verkleinert. Der Laufzeitunterschied ergibt sich zu Δt=4FnΩ/c2. Dabei bezeichnet F die von den Lichtstrahlen umfahrene Fläche, c die Vakuumlichtgeschwindigkeit, n den Einheitsvektor in Richtung der Flächennormale und Ω den Vektor der Winkelgeschwindigkeit. Dieser Laufzeitunterschied hat eine Verschiebung der Interferenzstreifen zur Folge.

A.A. Michelson und H.G. Gale benutzten im Jahre 1925 die Erde selbst als rotierendes System. Sie verlegten zu diesem Zwecke eine Röhre in Form eines Rechtecks mit den Seitenlängen 340 und 610 m in die Erde und pumpten sie aus. Ihre Messung war im Einklang mit dem bekannten Wert für die Rotationsgeschwindigkeit der Erde. Diese Art der Messung stellt das erste optische Analogon des Foucaultschen Pendelversuchs dar.

Allgemein lassen sich mit dem S. Rotationsgeschwindigkeiten bestimmen. Die Empfindlichkeit der Messung läßt sich unter Verwendung von Einmoden-Lichtwellenleitern (Lichtleitfasern, optische Nachrichtenübertragung) drastisch erhöhen. Man strahlt das Licht eines Lasers nach Teilung mit einem Strahlleiter in die beiden Enden einer solchen Faser sehr großer Länge (0,5 bis 1 km) ein, die auf eine Spule gewickelt ist. Dabei summieren sich die bei jedem einzelnen Umlauf des Lichtes auftretenden Laufzeitdifferenzen, so daß in die obige Formel für Δt die Zahl der Windungen der Spule als zusätzlicher Faktor eingeht. Eine solche Anordnung wird als Fasergyroskop bezeichnet. Wegen des geringen Faserdurchmessers liefert die Interferenz der beiden aus der Faser austretenden Lichtbündel kein Streifensystem, sondern nur einen bestimmten, von der Laufzeitdifferenz abhängigen Wert der Intensität, der mit einem Photodetektor registriert wird. Vom Standpunkt der Äthertheorie betrachtet, zeigt der Versuch von Michelson und Gale, daß der Äther bei der Erdrotation nicht mitgenommen wird. Andererseits war der Ausgang des Michelson-Versuches nur mit einer Mitnahme des Äthers durch die Erde bei ihrer Translationsbewegung erklärbar. Dieser Widerspruch lieferte ein weiteres Argument gegen die Existenz des Äthers.



Sagnac-Versuch: Versuchsanordnung. L Lichtquelle, S Spiegel, H halbdurchlässiger Spiegel, K Kamera, F vom Licht umfahrene Fläche.

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