Technologische Fortentwicklung großer Ringlaser

• Antragsteller: Professor Dr. Heiner Igel; Jan Kodet, Ph.D.; Professor Dr. Simon Stellmer
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553176123

Ringlasergyroskope sind hochsensitive optische Inertialsensoren. Diese nutzen den Sagnac-Effekt aus, der aus der Überlagerung von zwei gegenläufigen Laserstrahlen in einem Wanderwellenresonator entsteht. Diese Messtechnik ist heutzutage reif genug, um die Präzession und Nutation der Erdrotationsachse zu bestimmen. Diese Bewegung beträgt nur 50 Winkelsekunden pro Jahr: Ringlaser sind also hochauflösende Messinstrumente für die Beobachtung geophysikalischer Phänomene im System Erde. Abgesehen von diesen globalen Rotationssignalen, welche die Rotationsgeschwindigkeit und die Orientierung der Erde im Raum bestimmen, misst ein Ringlaser auch lokale seismische Bodenbewegungen, etwa die Rotationskomponente des mikroseismischen Hintergrundes und toroidale Eigenmoden der Erde, welche durch Erdbeben angeregt werden. Empfindlichkeit und Stabilität aktueller Ringlaser sind jedoch noch limitiert durch bisher unverstandene Prozesse. Hierzu gehören die Dynamik des gasförmigen Lasermediums, die Kopplung zwischen den gegenläufigen Resonatormoden, die Rayleigh-Streuung am Restgas, sowie das thermische Rauschen und die Doppelbrechung in de Beschichtungen der Spiegel. Ziel dieses Teilprojektes innerhalb der Forschergruppe RING ist es, all diese Phänomene systematisch zu untersuchen, zu verstehen, und Methoden zur Beseitigung oder Korrektur systematischer Effekte zu entwickeln. So verbesserte Ringlaser werden dann auch für lange Integrationszeiten die Limitierung durch das Quanten-Schrotrauschen erreichen und so hochwertige, weltweit führende Messreihen für die anderen Teilprojekte der interdisziplinären Forschergruppe zur Verfügung stellen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5939: RING: Rotationsbewegungen in der Physik, Geophysik und Geodäsie
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Ulrich Schreiber