Atomklockor är inte längre baserade på en mikrovågsövergång i cesium, istället arbetar med andra atomer som är exciterade med optiska frekvenser. Några av dessa nya klockor är bärbara. Vid sitt QUEST -institut, PTB utvecklar för närvarande en transportabel optisk aluminiumklocka för att mäta fysiska fenomen utanför ett laboratorium. En förutsättning för detta är att de nödvändiga lasrarna klarar transport till andra platser. PTB-fysiker har därför utvecklat en frekvensfördubblande enhet som kommer att fortsätta att fungera när den har skakats vid tre gånger jordens gravitationsacceleration. Resultaten har publicerats i det aktuella numret av Granskning av vetenskapliga instrument .

Det var Einstein som bestämde att två klockor som befinner sig på två olika positioner i jordens gravitationsfält arbetar med olika hastigheter. Det som initialt låter bisarrt har ganska praktiska effekter:Två optiska atomur med en extremt liten relativ mätosäkerhet på 10 ^-18 kan mäta höjdskillnaden mellan godtyckliga punkter på jorden med en noggrannhet på bara en centimeter. Denna så kallade kronometriska utjämning representerar en viktig tillämpning av klockor i geodesi. En av förutsättningarna för detta är att de två klockornas optiska frekvenser kan jämföras.

PTB utvecklar för närvarande flera typer av atomur som var och en kan transporteras i en släpvagn eller i en behållare. Deras verksamhet utanför ett skyddat laboratorium, dock, innebär många utmaningar:Omgivningstemperaturen, till exempel, är mycket mindre stabil. Vidare, betydande stötar kan uppstå under transport. Det är därför som optiska strukturer som har fungerat perfekt i laboratoriet initialt kan vara oanvändbara på destinationen. De måste noggrant justeras - vilket leder till förlust av värdefull forskningstid.

Detta problem gäller den transportabla aluminiumklockan som utvecklas vid QUEST Institute. Denna klocka kräver två UV -lasrar vid 267 nm. För denna våglängd, forskare utvecklade en långvågig infraröd laser som kan frekvensdubblas två gånger i följd. Under denna process, ljuset kopplas till en sluten ring med fyra speglar så att en hög optisk effekt cirkulerar inuti ringen. En olinjär kristall placerad i denna ring omvandlar det cirkulerande ljuset till ljus med halva våglängden.

På grund av spegelns dikroiska beläggning, det cirkulerande ljuset passerar ut ur resonatorn och används sedan för att läsa klockan. QUEST Institute har utvecklat en design för detta så kallade frekvensfördubblande hålrum, som är baserad på en monolitisk, mycket stabil ram på vilken alla speglar och kristallen är monterade. Detta förseglade, installationen är gastät på utsidan för att skydda kristallen, som är mycket känslig även för minsta kontaminering.

Utvecklarna av kaviteten kunde demonstrera på en prototyp att det också fördubblar laserljuset medan det utsätts för accelerationer på 1 g. Vidare, de visade att frekvensfördubblingens effektivitet inte försämras efter att ha utsatts för accelerationer på upp till 3 g i 30 minuter. Detta motsvarar fem gånger det värde som anges i standard ISO 13355:2016 om vägtransporter på lastbilar. Hålrummet är, dock, inte bara mekaniskt robust, men det är lika effektivt som jämförbara system som har utvecklats av forskargrupper från andra institut. Dessutom, 130 timmars oavbruten kontinuerlig drift demonstrerades.

Med tanke på dessa egenskaper, QUEST-institutet har gjort flera av dessa fördubblingskaviteter för olika våglängder (inte bara för UV) som blev integrerade komponenter i olika kvantoptiska experiment, i syfte att förse dessa experiment tillförlitligt med laserljus. Dessutom, ett tyskt optomekanikföretag har licensierat designen för att kunna använda den som grund för en kommersiell produkt.