Sagnaceffekten

Der Sagnaceffekt ist ein relativistischer Effekt in rotierenden Interferometern, bei dem zwei Lichtstrahlen, die sich in entgegengesetzte Richtungen um einen geschlossenen Pfad bewegen, unterschiedliche Zeiten benötigen, wodurch sich eine Phasen- bzw. Fringendifferenz ergibt. Er wurde 1913 von Georges Sagnac entdeckt und diente ursprünglich als Argument gegen die Äthertheorie. In der modernen Physik wird der Effekt als Folge der Nicht-Inertialität eines rotierenden Rahmens verstanden und lässt sich mit der speziellen Relativitätstheorie vereinbaren.

Prinzipiell wird das Licht in einem Ringinterferometer oder Ring-Laser-Gyroskop einmal im Uhrzeigersinn und einmal gegen den Uhrzeigersinn durch denselben Pfad geführt. Da sich die Apparatur rotiert, ändert sich effektiv die Weglänge, die die beiden Strahlen relativ zum Labor benötigen. Dadurch entsteht eine zeitliche Verschiebung Δt zwischen den Gegenrichtungen. Die resultierende Phasenverschiebung ist Δφ = ω Δt, wobei ω die Winkelgeschwindigkeit des Lichts im System angibt. In einem luftleeren (Vacuum-)Pfad gilt eine häufig zitierte Beziehung Δt = 4 A Ω / c^2, bzw. Δφ = (8π A Ω) / (λ c). In Medien mit Brechungsindex n ändert sich die Lichtgeschwindigkeit, und die Formel lässt sich entsprechend anpassen.

Anwendungen finden sich vor allem in Ring-Laser-Gyroskopen (RLG) und faseroptischen Gyroskopen (FOG), die Rotationsgeschwindigkeiten messen. Solche Sensoren werden in Inertialnavigationssystemen von Flugzeugen, Schiffen und Raumfahrzeugen eingesetzt. Historisch wurde der Effekt auch in Großinterferometern wie dem Michelson–Gale–Pearson-Experiment genutzt, um die Erdrotation nachzuweisen.