Beugung und Interferenz - Walther Meißner Institut

Abschnitt 5.7 PHYSIK III 275MMLasermediumSMischdetektorAbbildung 5.49: Ringlasergyroskop.Diese Zeitdifferenz kann in eine Phasen- oder Frequenzverschiebung übersetzt werden. In einem optischenGyroskop wird Licht der Frequenz ω in das Interferometer geleitet und die Phasenschiebungω∆t gemessen. Da der Effekt sehr klein ist, verwendet man üblicherweise ein Spule aus Glasfasern, umdadurch die Länge L zu vergrößern. Da n in (5.7.35) gar nicht eingeht, verändert die Benutzung einerGlasfaser nichts am Ergebnis. Der Radius R bestimmt die Größe des Interferometers und wird so großwie praktisch handhabbar gemacht. Für L = 100 m, R = 0.1m,Ω = 1 rad/sec und λ = 500 nm ergibt sicheine Phasenschiebung von∆ϕ = ω∆t = 2πcλ2LRΩc 2 ≃ 0.8rad . (5.7.36)Es ist nicht allzu schwierig, eine solche Phasenschiebung zu messen. Allerdings sollte ein nutzbares Gyroskopbis auf einen Faktor 10 −3 der Erdrotation (15 ◦ /h) genau sein, so dass Phasenschiebungen von10 −7 gemessen werden müssen. Aufgrund von Verlusten in den Glasfasern, beträgt der größte realisierbareWert von L einige Kilometer.In modernen Anwendungen verwendet man Ringlaser (siehe Abb. 5.49) und man erhält so genannteRinglasergyroskope. In dem Resonator bilden sich zwei elektromagnetische Wellen aus, die sich beiRotation des Lasers in ihrer Frequenz leicht unterscheiden. Der Frequenzunterschied kann sehr genauvermessen werden. Große Flugzeuge besitzen mehrere redundante Ringlasersysteme (ein System bestehtaus 3 Ringlasern mit zueinander orthogonalen Achsen) als Navigationshilfe.Der Laser arbeitet bei einer Resonatorfrequenz, bei der die Resonatorlänge einem ganzzahligen Vielfachemm der Wellenlänge λ/n beträgt. Rotiert der Resonator im Uhrzeigersinn, so erfüllt das im Uhrzeigersinnumlaufende Licht die GleichungL +tRΩ = L(1 + n )c RΩ= mλ + /n . (5.7.37)2003