El Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB es conocido por proporcionar tiempo, por ejemplo, para relojes radiocontrolados. Para este propósito, opera algunos de los mejores relojes atómicos de cesio del mundo. Al mismo tiempo, PTB ya está desarrollando variosrelojes de la próxima generación. Estos relojes ya no se basan en una transición de microondas en cesio, sino que funcionan con otros átomos que se excitan mediante frecuencias ópticas. Algunos de estos nuevos relojes pueden incluso transportarse a otros lugares. En su Instituto QUEST, PTB está desarrollando un reloj de aluminio óptico transportable para medir fenómenos físicos como el corrimiento hacia el rojo que fue predicho por Einstein fuera de un laboratorio. Un requisito previo para esto es que los láseres requeridos puedan soportar el transporte a otros lugares.Por lo tanto, los físicos de PTB han desarrollado una unidad de duplicación de frecuencia que incluso continuará funcionando cuando haya sido sacudida a tres veces la aceleración gravitacional de la Tierra.Los resultados han sido publicados en la edición actual de la Revisión de instrumentos científicos .
Fue Einstein quien descubrió que dos relojes que están ubicados en dos posiciones diferentes en el campo gravitacional de la Tierra marcan a diferentes velocidades. Lo que inicialmente suena como una idea extraña tiene efectos bastante prácticos: dos relojes atómicos ópticos que tienen un tamaño extremadamente pequeñoLa incertidumbre de medición relativa 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 estoes que las frecuencias ópticas de los dos relojes se pueden comparar, por ejemplo, mediante fibras de vidrio.
PTB está desarrollando actualmente varios tipos diferentes de relojes atómicos que pueden transportarse en un remolque o en un contenedor. Sin embargo, su funcionamiento fuera de un laboratorio protegido implica muchos desafíos: la temperatura ambiente, por ejemplo, es mucho menos estable.Además, pueden producirse choques importantes durante el transporte. Es por ello que las estructuras ópticas que han funcionado perfectamente en el laboratorio pueden resultar inicialmente inutilizables en el destino. Deben reajustarse minuciosamente, lo que conlleva una pérdida de valioso tiempo de investigación.
Este último problema se refiere en particular al reloj de aluminio transportable que se está desarrollando en el Instituto QUEST. Este reloj requiere, entre otras cosas, dos láseres UV a 267 nm. Para esta longitud de onda, no es posible simplemente comprar undiodo láser. En su lugar, un láser infrarrojo de onda larga debe duplicarse en frecuencia dos veces seguidas. Durante este proceso, la luz se acopla en un anillo cerrado de cuatro espejos para que circule una alta potencia óptica dentro del anillo.El cristal lineal colocado en este anillo transforma la luz circulante en luz de la mitad de la longitud de onda. Debido al recubrimiento dicroico del espejo, sale del resonador y luego se usa para leer el reloj. El Instituto QUEST ha desarrollado un diseño para estola llamada cavidad de duplicación de frecuencia, que se basa en un marco monolítico, y por lo tanto muy estable, en el que se montan todos los espejos y el cristal. La configuración está sellada para ser hermética al gas al exterior para protegerla 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 láser mientras está expuesta a aceleraciones de 1 g. Además, se demostró que la eficiencia de duplicación de frecuencia no se ve afectada después de ser sometida a aceleraciones dehasta 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. Sin embargo, la cavidad no solo es mecánicamente robusta, sino que es tan eficiente como los sistemas comparables que tienenha sido desarrollado por grupos de investigación de otros institutos. Además, se demostraron 130 horas de funcionamiento continuo ininterrumpido.
En vista de estas propiedades, el Instituto QUEST ha realizado varias de estas cavidades duplicadoras 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 manera confiable con luz láser.Además, una empresa alemana de optomecánica ha obtenido la licencia del diseño para utilizarlo como base para un producto comercial. Este proyecto fue apoyado por Deutsche Forschungsgesellschaft subvención CRC 1128 geo-Q, Proyecto A03, CRC 1227 DQ-mat, Proyectos B03y B05 y Leibniz-Gemeinschaft SAW-2013-FBH-3.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB . Original escrito por Erika Schow. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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