Un giroscopio láser de anillo es un instrumento de precisión que utiliza un rayo láser que viaja en dos direcciones para medir cambios de ángulo o dirección. Los giroscopios se utilizan en sistemas de navegación para aviones y barcos, y para sistemas de guía en misiles y armas de precisión. El principio de utilizar la luz para medir los cambios de dirección se basa en una investigación del científico francés Georges Sagnac realizada en 1913.
Los giroscopios utilizan el principio de inercia para determinar la dirección o los cambios de posición. Una rueda de giroscopio que gira quiere permanecer en una posición y se resistirá a que la giren. Esto se puede demostrar con una peonza que se resiste a ser empujada hacia un lado o al intentar girar una rueda de bicicleta que gira hacia un lado.
Un giroscopio láser de anillo utiliza el principio Doppler para medir las diferencias en los rayos de luz láser. En 1842, Christian Doppler descubrió que la frecuencia del sonido le parece diferente a un oyente si la fuente del sonido se está moviendo. Los sonidos que se mueven hacia un oyente parecen más altos y los que se alejan parecen más bajos en frecuencia. El efecto también ocurre con la luz, y un giroscopio láser utiliza este principio porque los dos rayos viajan a distancias ligeramente diferentes cuando el giroscopio se mueve o inclina, como lo encontró Sagnac.
El diseño de un giroscopio láser de anillo es normalmente un triángulo con tres lados iguales o una caja de lados iguales. Se coloca un láser de helio en un lado del triángulo o caja, y los rayos láser se envían en direcciones opuestas alrededor del triángulo. Usando espejos y prismas, los dos rayos se envían a un detector que mira las líneas claras y oscuras formadas por los dos rayos, llamados patrones de interferencia. El detector puede buscar cambios en los patrones de interferencia, que se moverán o cambiarán de posición si se mueve el giroscopio.
Cuando el giroscopio está nivelado, los dos rayos láser regresan al detector en una diferencia de tiempo conocida y los patrones de interferencia son estacionarios. Inclinar el giroscopio láser de anillo hacia un lado hace que los rayos láser regresen en momentos ligeramente diferentes, y los patrones de interferencia se mueven a una velocidad consistente con la cantidad de inclinación. El detector se puede calibrar para mostrar una medición de inclinación para un indicador de giro y ladeo en un avión utilizado para giros de precisión, o para girar un dial de brújula utilizado para la navegación llamado giroscopio direccional.
La tecnología de giroscopios láser de anillo comenzó a reemplazar a los giroscopios mecánicos a fines del siglo XX. Antes de ese momento, los giroscopios usaban ruedas que giraban a velocidades muy altas para crear un efecto de giroscopio estable. Estos giroscopios requerían aire comprimido o electricidad para funcionar y estaban sujetos a pérdidas de rendimiento debido a la fricción mecánica. El giroscopio láser de anillo no tiene partes móviles y, una vez calibrado, puede ofrecer una precisión excelente con una mínima pérdida de rendimiento.
Un problema de los primeros giroscopios láser era la dificultad para medir cambios muy pequeños de dirección o inclinación. Este efecto se denomina bloqueo, y los dos rayos láser aparecen en el detector al mismo tiempo que un giroscopio que no se mueve, lo que se interpreta incorrectamente como nivelado. Un método para evitar este error, llamado vibración mecánica, utiliza un resorte vibratorio para mover el detector a una velocidad específica para evitar el bloqueo. Otro método hace girar el giroscopio a una velocidad específica para evitar las mediciones de nivel falsas, aunque esta unidad es más cara de producir.