Os relógios atômicos não são mais baseados em uma transição de microondas em césio, em vez de operar com outros átomos que são excitados usando frequências ópticas. Alguns desses novos relógios são portáteis. Em seu QUEST Institute, O PTB está atualmente desenvolvendo um relógio ótico transportável de alumínio para medir fenômenos físicos fora de um laboratório. Um pré-requisito para isso é que os lasers necessários sejam capazes de suportar o transporte para outros locais. Os físicos do PTB desenvolveram, portanto, uma unidade de duplicação de frequência que continuará a operar quando for sacudida por três vezes a aceleração gravitacional da Terra. Os resultados foram publicados na edição atual do Revisão de instrumentos científicos .

Foi Einstein quem determinou que dois relógios localizados em duas posições diferentes no campo gravitacional da Terra operam em velocidades diferentes. O que inicialmente parece bizarro tem efeitos bastante práticos:dois relógios atômicos ópticos com uma incerteza de medição relativa extremamente pequena de 10 ^-18 pode medir a diferença de altura entre pontos arbitrários na Terra com uma precisão de apenas um centímetro. Este chamado nivelamento cronométrico representa uma importante aplicação de relógios em geodésia. Um dos pré-requisitos para isso é que as frequências ópticas dos dois relógios possam ser comparadas.

A PTB está atualmente desenvolvendo vários tipos de relógio atômico que podem ser transportados em um trailer ou em um contêiner. Sua operação fora de um laboratório protegido, Contudo, envolve muitos desafios:a temperatura ambiente, por exemplo, é muito menos estável. Além disso, choques significativos podem ocorrer durante o transporte. É por isso que estruturas ópticas que funcionaram perfeitamente bem no laboratório podem inicialmente ficar inutilizáveis ​​no destino. Eles devem ser reajustados meticulosamente - o que leva a uma perda de valioso tempo de pesquisa.

Este problema diz respeito ao relógio transportável de alumínio que está sendo desenvolvido no Instituto QUEST. Este relógio requer dois lasers UV em 267 nm. Para este comprimento de onda, os pesquisadores desenvolveram um laser infravermelho de onda longa que pode ser duplicado em frequência duas vezes consecutivas. Durante este processo, a luz é acoplada a um anel fechado de quatro espelhos de modo que uma alta potência óptica circula dentro do anel. Um cristal não linear colocado neste anel transforma a luz circulante em luz com metade do comprimento de onda.

Devido ao revestimento dicróico do espelho, a luz circulante sai do ressonador e é então usada para ler o relógio. O Instituto QUEST desenvolveu um projeto para esta chamada cavidade de duplicação de frequência, que é baseado em um monolítico, moldura altamente estável na qual todos os espelhos e o cristal são montados. Este selado, a configuração é estanque ao gás para o exterior, a fim de proteger o cristal, que é altamente sensível mesmo à menor contaminação.

Os desenvolvedores da cavidade puderam demonstrar em um protótipo que ela também dobra a luz do laser enquanto é exposta a acelerações de 1 g. Além disso, eles demonstraram que a eficiência de duplicação da frequência não é prejudicada após serem submetidos a acelerações de até 3 g por 30 minutos. Isso corresponde a cinco vezes o valor estabelecido na Norma ISO 13355:2016 sobre transporte rodoviário em caminhões. A cavidade é, Contudo, não apenas mecanicamente robusto, mas é tão eficiente quanto sistemas comparáveis ​​que foram desenvolvidos por grupos de pesquisa de outros institutos. Além disso, 130 horas de operação contínua ininterrupta foram demonstradas.

Tendo em vista essas propriedades, o Instituto QUEST fez várias dessas cavidades de duplicação para diferentes comprimentos de onda (não apenas para UV) que se tornaram componentes integrais de vários experimentos ópticos quânticos, com o objetivo de fornecer esses experimentos de forma confiável com luz laser. Além disso, uma empresa de optomecânica alemã licenciou o projeto para usá-lo como base para um produto comercial.