Atoomklokken zijn niet langer gebaseerd op een microgolfovergang in cesium, in plaats daarvan werken met andere atomen die worden geëxciteerd met behulp van optische frequenties. Sommige van deze nieuwe klokken zijn draagbaar. In het QUEST-instituut, PTB ontwikkelt momenteel een verplaatsbare optische aluminium klok om fysische fenomenen buiten een laboratorium te meten. Voorwaarde hiervoor is dat de benodigde lasers transport naar andere locaties kunnen doorstaan. PTB-natuurkundigen hebben daarom een ​​frequentieverdubbelende eenheid ontwikkeld die zal blijven werken wanneer deze wordt geschud met drie keer de zwaartekrachtversnelling van de aarde. De resultaten zijn gepubliceerd in het huidige nummer van de Beoordeling van wetenschappelijke instrumenten .

Het was Einstein die vaststelde dat twee klokken die zich op twee verschillende posities in het zwaartekrachtveld van de aarde bevinden, met verschillende snelheden werken. Wat aanvankelijk bizar klinkt, heeft behoorlijk praktische effecten:twee optische atoomklokken met een extreem kleine relatieve meetonzekerheid van 10 ^-18 kan het hoogteverschil tussen willekeurige punten op de aarde meten met een nauwkeurigheid van slechts één centimeter. Deze zogenaamde chronometrische nivellering vertegenwoordigt een belangrijke toepassing van klokken in de geodesie. Een van de voorwaarden hiervoor is dat de optische frequenties van de twee klokken kunnen worden vergeleken.

PTB ontwikkelt momenteel verschillende soorten atoomklokken die elk in een trailer of in een container vervoerd kunnen worden. Hun operatie buiten een beschermd laboratorium, echter, brengt veel uitdagingen met zich mee:de omgevingstemperatuur, bijvoorbeeld, is veel minder stabiel. Verder, aanzienlijke schokken kunnen optreden tijdens het transport. Dit is de reden waarom optische structuren die in het laboratorium perfect hebben gewerkt, in eerste instantie op de bestemming onbruikbaar kunnen zijn. Ze moeten nauwgezet worden bijgesteld, wat leidt tot verlies van kostbare onderzoekstijd.

Dit probleem betreft de verplaatsbare aluminium klok die wordt ontwikkeld door het QUEST Institute. Deze klok vereist twee UV-lasers bij 267 nm. Voor deze golflengte onderzoekers ontwikkelden een langgolvige infraroodlaser die twee keer achter elkaar in frequentie kan worden verdubbeld. Tijdens dit proces, het licht is gekoppeld in een gesloten ring van vier spiegels zodat er een hoog optisch vermogen in de ring circuleert. Een niet-lineair kristal dat in deze ring is geplaatst, transformeert het circulerende licht in licht van de halve golflengte.

Door de dichroïsche coating van de spiegel, het circulerende licht gaat uit de resonator en wordt vervolgens gebruikt voor het lezen van de klok. Het QUEST Institute heeft een ontwerp ontwikkeld voor deze zogenaamde frequentieverdubbelende holte, die gebaseerd is op een monolithische, zeer stabiel frame waarop alle spiegels en het kristal zijn gemonteerd. Deze verzegelde, opstelling is naar buiten gasdicht om het kristal te beschermen, die zelfs voor de geringste verontreiniging zeer gevoelig is.

De ontwikkelaars van de holte konden op een prototype aantonen dat het ook het laserlicht verdubbelt terwijl het wordt blootgesteld aan versnellingen van 1 g. Verder, ze toonden aan dat de efficiëntie van de frequentieverdubbeling niet wordt aangetast na 30 minuten te zijn blootgesteld aan versnellingen tot 3 g. Dit komt overeen met vijf keer de waarde die wordt vermeld in norm ISO 13355:2016 over wegvervoer op vrachtwagens. De holte is, echter, niet alleen mechanisch robuust, maar het is net zo efficiënt als vergelijkbare systemen die zijn ontwikkeld door onderzoeksgroepen van andere instituten. Bovendien, Er werd 130 uur ononderbroken continue werking gedemonstreerd.

Gezien deze eigenschappen, het QUEST Institute heeft verschillende van deze verdubbelende holtes gemaakt voor verschillende golflengten (niet alleen voor UV) die integrale componenten werden van verschillende kwantumoptische experimenten, met als doel deze experimenten betrouwbaar van laserlicht te voorzien. Bovendien, een Duits optomechanicabedrijf heeft het ontwerp in licentie gegeven om het als basis voor een commercieel product te gebruiken.