Los relojes atómicos ya no se basan en una transición de microondas en cesio, en lugar de operar con otros átomos que se excitan usando frecuencias ópticas. Algunos de estos nuevos relojes son portátiles. En su Instituto QUEST, PTB está desarrollando actualmente un reloj de aluminio óptico transportable para medir fenómenos físicos fuera de un laboratorio. Un requisito previo para esto es que los láseres necesarios puedan soportar el transporte a otros lugares. Por lo tanto, los físicos de PTB han desarrollado una unidad de duplicación de frecuencia que continuará funcionando cuando haya sido sacudida a tres veces la aceleración gravitacional de la Tierra. Los resultados se han publicado en el número actual de la Revisión de instrumentos científicos .

Fue Einstein quien determinó que dos relojes ubicados en dos posiciones diferentes en el campo gravitacional de la Tierra operan a diferentes velocidades. Lo que inicialmente suena extraño tiene efectos bastante prácticos:dos relojes atómicos ópticos con una incertidumbre de medición relativa extremadamente pequeña de 10 ^-18 puede medir la diferencia de altura entre puntos arbitrarios de la Tierra con una precisión de solo un centímetro. Esta llamada nivelación cronométrica representa una aplicación importante de los relojes en geodesia. Uno de los requisitos previos para ello es que se puedan comparar las frecuencias ópticas de los dos relojes.

PTB está desarrollando actualmente varios tipos de reloj atómico que pueden transportarse en un remolque o en un contenedor. Su funcionamiento fuera de un laboratorio protegido, sin embargo, implica muchos desafíos:la temperatura ambiente, por ejemplo, es mucho menos estable. Es más, Pueden ocurrir choques importantes durante el transporte. Esta es la razón por la que las estructuras ópticas que han funcionado perfectamente en el laboratorio pueden resultar inicialmente inutilizables en el destino. Deben reajustarse minuciosamente, lo que conduce a una pérdida de valioso tiempo de investigación.

Este problema se refiere al reloj de aluminio transportable que se está desarrollando en el Instituto QUEST. Este reloj requiere dos láseres UV a 267 nm. Para esta longitud de onda, Los investigadores desarrollaron un láser infrarrojo de onda larga que puede duplicarse en frecuencia dos veces seguidas. Durante este proceso, la luz está acoplada en un anillo cerrado de cuatro espejos de modo que circula una alta potencia óptica dentro del anillo. Un cristal no lineal colocado en este anillo transforma la luz circulante en luz de la mitad de la longitud de onda.

Debido al revestimiento dicroico del espejo, la luz circulante sale del resonador y luego se usa para leer el reloj. El Instituto QUEST ha desarrollado un diseño para esta llamada cavidad de duplicación de frecuencia, que se basa en un monolítico, marco muy estable en el que se montan todos los espejos y el cristal. Esta sellada la instalación es hermética al gas al exterior para proteger el cristal, que es muy sensible incluso a la más mínima contaminación.

Los desarrolladores de la cavidad pudieron demostrar en un prototipo que también duplica la luz del láser mientras está expuesta a aceleraciones de 1 g. Es más, demostraron que la eficiencia de duplicación de la frecuencia no se ve afectada después de ser sometidos a aceleraciones de hasta 3 g durante 30 minutos. Esto corresponde a cinco veces el valor establecido en la Norma ISO 13355:2016 sobre transporte por carretera en camiones. La cavidad es, sin embargo, no solo mecánicamente robusto, pero es tan eficiente como los sistemas comparables que han sido desarrollados por grupos de investigación de otros institutos. Es más, Se demostraron 130 horas de funcionamiento continuo ininterrumpido.

En vista de estas propiedades, el Instituto QUEST ha hecho varias de estas cavidades duplicadas para diferentes longitudes de onda (no solo para UV) que se convirtieron en componentes integrales de varios experimentos de óptica cuántica, con el objetivo de proporcionar estos experimentos de forma fiable con luz láser. Es más, una empresa alemana de optomecánica ha obtenido la licencia del diseño para utilizarlo como base para un producto comercial.