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Die Phasenverschiebung des reflektierten Laserstrahls oder dessen Modulation gegenüber dem ausgesandten Strahl ist entfernungsabhängig. Diese Phasenverschiebung kann gemessen und benutzt werden, um die zurückgelegte Distanz zu ermitteln. Wird die Laserfrequenz selbst zur Überlagerung genutzt, arbeitet das Gerät wie ein Laserinterferometer.

Bei einem Laserentfernungsmesser handelt es sich im Wesentlichen um einen optischen Distanzmesser, der die Laufzeit des Lichtes zu einem bestimmten Punkt erfasst und aus diesem Wert die zugehörige Wegstrecke errechnet. Als Grundlage für die Rechnung dient hierbei die Lichtgeschwindigkeit, bei der es sich um eine Naturkonstante mit absolutem Wert handelt.

Zum Verständnis der Funktionsweise dieser modernen Entfernungsmesser seien zunächst deren physikalisch relevanten Bauteile genannt. Dies sind die Lasereinheit, der Empfangssensor und ein Mikroprozessor. Beim Messvorgang wird scharf gebündeltes Licht einer bestimmten Wellenlänge (eben ein Laser) mittels einer Laserdiode auf den Messpunkt gerichtet. Dabei wird der Strahl dieser Entfernungsmesser nicht kontinuierlich, sondern gepulst gesendet.

Laserinterferometer messen keine absoluten Weglängen, sondern nur die relative Änderung bei Verschiebung des Zieles bzw. eines Referenzspiegels. Beim Verschieben des Spiegels wird die Summe aus ausgesandtem und reflektiertem Strahl periodisch moduliert (Interferenz). Es durchläuft bei der Verschiebung um eine halbe Lichtwellenlänge genau eine Periode.