Kružni laser (e. Ring Laser, nj. Laserkreisel) u literaturi se mogu naći i nazivi kružni laserski interferometar i laserski žiroskop. Laserska zraka se emitira iz jednog izvora i dijeli na dva dijela. Svaki dio se usmjerava u istu kružnu putanju u suprotnim smjerovima. Kružni laser je konstruiran u obliku pravokutnika, a laserske zrake se odbijaju od četiri zrcala na uglovima pravokutnika. Zbog rotacije Zemlje, laserske zrake ne prijeđu put iste duljine u istom vremenu i dolazi do pomaka u valnim duljinama u dolaznoj točci. Inerferometrijskim uspoređivanjem obje zrake dobije se promjena frekvencije zbog rotacije. Promjena frekvencije je proporcionalna brzini rotacije Zemlje koristi se kao mjerna veličina. To je u osnovi princip žiroskopa koji je realiziran primjenom laserske zrake. Mjerni signal je vrlo malen te se nameću veliki zahtjevi na izradu instrumenta i uvjete mjerenja (geološka stabilnost, stabilnost temperature i tlaka zraka,...).

Primjenom jednog kružnog lasera koji je orijentiran okomito na os rotacije Zemlje dobiva se kutna brzina rotacije Zemlje. Kada bi se tri kružna lasera postavila ortogonalno jedan na drugi dobila bi se cijela rotacijska matrica. U dosadašnjim realizacijama se koristi horizontalna orijentacija kružnog lasera kojim se dobije projekcija vektora rotacije Zemlje s obzirom na normalu kružnog lasera.

Do sada su razvijene tri generacije lasera. Prvi kružni laser (Canterbury Ring Laser I, CI) je od 1988. do 1991. godine razvio University of Canterbury u Novom Zelandu. On je instaliran u starom ratnom bunkeru na Novom Zelandu. Drugi kružni laser (Canterbury Ring Laser II, CII) je razvijen u Njemačkoj, a instaliran je 1997. godine u istom objektu s prvim kružnim laserom. Treća generacija (G0) je razvijena u Njemačkoj i postavljena u umjetno izgrađenom bunkeru u Wettzellu (Germany) u listopadu 2001. Kako se radi o dugotrajnim mjerenjima (> godinu dana) stabilnosti druge i treće generacije lasera je posvećena posebna pažnja. Da bi se dobio pouzdaniji mjerni signal kod novijih konstrukcija kružnog lasera je produživan put laserskih zraka. Stranice četverokuta prvog kružnog lasera (CI) imaju duljinu od 1 m, a najnovijeg (G0) 4 m.

Primarni cilj primjene kružnog lasera je opažanje promjena brzine rotacije Zemlje s rezolucijom 10^-9 u dnevnim intervalima. Kružnim laserom se bave institucije: Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG), Forschungseinrichtung Satellitengeodäsie (FESG), University of Canterbury, Neuseeland i Oklahoma State University, USA.

Rotacija Zemlje nije jednolična. Os i brzina rotacije su pod utjecajem atmosfereskih masa i toka masa unutar Zemlje. Opažanje nepravilnosti u rotaciji Zemlje je glavna namjena kružnog lasera, a to je problem koji se javlja u geodeziji prilikom definiranja referentnih okvira. Na osnovu lokalnih mjerenja se želi dobiti globalna rotacija Zemlje. Opažanje rotacije Zemlje se može provoditi primjenom principa inercijalnog kompasa i zvjezdanog kompasa.

Opažanje rotacije Zemlje primjenom principa inercijalnog kompasa:
- Foucaultovo njihalo - duže njihalo koje slobodno visi će prilikom njihanja, zbog rotacije Zemlje, ostavljati radijalne tragove unutar kružnice u dnevnom periodu. Ovaj instrument je prvi demonstrirao Foucault davne 1851. godine. Razlog ovakvom gibanju su prvenstveno inercijalne sile koje djeluju na uteg njihala u lokalnom koordinatnom okviru koji je povezan s rotirajućom Zemljom.
- Kružni laser - definira žiroskop koji je realiziran primjenom laserske zrake.
- Helijski žiroskop - torus koji je čvrsto spojen s Zemljom je ispunjen tekućim helijem. Ako dolazi do tečenja helijum kroz sustav otvora javlja se energija koja se koristi kao mjera rotacije torusa koji je čvrsto povezan s Zemljom.
- Superprovodni gravimetri - ubrzanje sile teže se mijenja s promjenom rotacije Zemlje. Uzrok promjene ubrzanja sile teže koji je vezan uz primjenu promjenu rotacije Zemlje je promjena centrifugalnog ubrzanja, a ono se javlja zbog promjene položaja osi rotacije Zemlje.

Opažanje rotacije Zemlje primjenom principa zvjezdanog kompasa:
- Astrofotografija - zbog rotacije Zemlje zvijezde opisuju prividne kružnice na nebu. Na osnovu fotografskih snimaka se može odrediti precesija osi rotacije Zemlje.
- GNSS (GPS, GLONASS) - visoko precizna GPS mjerenjem se mogu koristiti za analizu promjena rotacije Zemlje.
- VLBI - VLBI mjerenje razlika u vremenu dolaska radio vala s kvazara u najmanje dva VLBI zemaljska teleskopa indiciraju gibanje VLBI antena u odnosu na kvazar. Glavni iznos je prouzrokovan rotacijom Zemlje.
- Satellite Laser Ranging (SLR) - koriste se laserski impulsi emitirani laserom smještenim na Zemlji. Oni se reflektiraju od satelita LAGEOS, STARLETTE, STELLA ili svih novijih satelita s laserskim prizmama (ERS1, 2, TOPEX/Poseidon, CHAMP, GRACE,...). Vrijeme reflektrianog signala se mijenja zbog gibanja satelita, rotacije Zemlje itd.
- Lunar Laser Ranging (LLR) - Laserski impuls reflektiran s reflektora na Mjesecu radi na istom principu kao i SLR. Teleskop na Zemlji se giba u odnosu na reflektirani laserski impuls. Promjena vremena kružne putanje zrake se prvenstveno javlja zbog gibanja Mjeseca oko Zemlje i rotacijskog gibanja Zemlje i Mjeseca.

Više o kružnim laserima može se naći na:
   http://www.phys.canterbury.ac.nz/research/ring_laser/ring_laser.htm
   http://www.fesg.tu-muenchen.de/fesg/ringl

Početna stranica