Gli orologi atomici non si basano più su una transizione a microonde nel cesio, operando invece con altri atomi che sono eccitati usando frequenze ottiche. Alcuni di questi nuovi orologi sono portatili. Presso il suo Istituto QUEST, PTB sta attualmente sviluppando un orologio ottico in alluminio trasportabile per misurare i fenomeni fisici all'esterno di un laboratorio. Un prerequisito per questo è che i laser necessari siano in grado di sopportare il trasporto in altri luoghi. I fisici del PTB hanno quindi sviluppato un'unità di raddoppio della frequenza che continuerà a funzionare quando sarà stata scossa a tre volte l'accelerazione gravitazionale della Terra. I risultati sono stati pubblicati nell'ultimo numero del Rassegna di strumenti scientifici .

Fu Einstein a determinare che due orologi situati in due diverse posizioni nel campo gravitazionale della Terra funzionano a velocità diverse. Ciò che inizialmente sembra bizzarro ha effetti piuttosto pratici:due orologi atomici ottici con un'incertezza di misura relativa estremamente piccola di 10 ^-18 può misurare la differenza di altezza tra punti arbitrari sulla Terra con una precisione di appena un centimetro. Questo cosiddetto livellamento cronometrico rappresenta un'importante applicazione degli orologi in geodesia. Uno dei prerequisiti per questo è che le frequenze ottiche dei due clock possano essere confrontate.

PTB sta attualmente sviluppando diversi tipi di orologi atomici che possono essere trasportati ciascuno in un rimorchio o in un container. Il loro funzionamento al di fuori di un laboratorio protetto, però, comporta molte sfide:la temperatura ambiente, Per esempio, è molto meno stabile. Per di più, urti significativi possono verificarsi durante il trasporto. Ecco perché le strutture ottiche che hanno funzionato perfettamente in laboratorio potrebbero inizialmente essere inutilizzabili a destinazione. Devono essere accuratamente riadattati, il che porta a una perdita di tempo prezioso per la ricerca.

Questo problema riguarda l'orologio portatile in alluminio in fase di sviluppo presso l'Istituto QUEST. Questo orologio richiede due laser UV a 267 nm. Per questa lunghezza d'onda, i ricercatori hanno sviluppato un laser a infrarossi a onde lunghe che può essere raddoppiato in frequenza due volte di seguito. Durante questo processo, la luce è accoppiata in un anello chiuso di quattro specchi in modo che all'interno dell'anello circoli un'elevata potenza ottica. Un cristallo non lineare posto in questo anello trasforma la luce circolante in luce di metà lunghezza d'onda.

A causa del rivestimento dicroico dello specchio, la luce circolante esce dal risonatore e viene quindi utilizzata per la lettura dell'orologio. L'Istituto QUEST ha sviluppato un progetto per questa cosiddetta cavità a raddoppio di frequenza, che si basa su un monolitico, telaio altamente stabile su cui sono montati tutti gli specchi e il cristallo. Questo sigillato, l'installazione è a tenuta di gas verso l'esterno per proteggere il cristallo, che è molto sensibile anche alla minima contaminazione.

Gli sviluppatori della cavità sono stati in grado di dimostrare su un prototipo che raddoppia anche la luce laser mentre è esposta ad accelerazioni di 1 g. Per di più, hanno dimostrato che l'efficienza di raddoppio della frequenza non viene compromessa dopo essere stati sottoposti ad accelerazioni fino a 3 g per 30 minuti. Ciò corrisponde a cinque volte il valore indicato nella norma ISO 13355:2016 sul trasporto su strada su camion. La cavità è, però, non solo meccanicamente robusto, ma è altrettanto efficiente quanto i sistemi comparabili che sono stati sviluppati da gruppi di ricerca di altri istituti. Inoltre, Sono state dimostrate 130 ore di funzionamento continuo ininterrotto.

In considerazione di queste proprietà, il QUEST Institute ha realizzato molte di queste cavità di raddoppio per diverse lunghezze d'onda (non solo per UV) che sono diventate componenti integrali di vari esperimenti di ottica quantistica, con l'obiettivo di fornire questi esperimenti in modo affidabile con luce laser. Inoltre, una società di optomeccanica tedesca ha concesso in licenza il design per utilizzarlo come base per un prodotto commerciale.