عادةً ما يرتجف شعاع الليزر قليلاً، مثل وترٍ بعد نقرته. في الساعات البصرية، يتحول هذا الارتجاف إلى خطأ في ضبط الوقت. استبدل المهندسون الضوء المرتجف بضوء ثابت — فأصبحت الساعات المعتمدة على بخار الروبيديوم تدق بشكل أكثر انتظامًا بخمس مرات.
داخل معيار التردد، يجعل ضوء الليزر ذرات الروبيديوم تمتص الطاقة بكميات محددة بدقة. وبعدد هذه الامتصاصات تُحتسب الثواني. إذا ارتجف الشعاع، تضطرب الذرات، ويتزحزح العد. الليزر الجديد، الذي نُمو على شريحة سيليكون، يعطي ضوءًا بعرض خط أقل من 10 هرتز — وهذا مثل نغمة موسيقية تُعزف دون اهتزاز. وتُقدَّر جودته بعامل جودة يتجاوز 130 مليونًا.
بهذا الضوء، تستجيب ذرات الروبيديوم بشكل أوضح، وتكتسب الساعة دقة أسرع. خلال ثانية واحدة من القياس، بلغ عدم الاستقرار 2×10⁻¹⁴ — وهذا مثل قياس كيلومتر بخطأ يساوي سُمك شعرة. الإصدارات السابقة من هذه الساعات أعطت تباينًا أكبر بخمس مرات. يظل الجهاز مضغوطًا ويمكن أن يعمل خارج المختبر، مثلًا على قمر صناعي أو في معدات ميدانية.
هذا المعيار الترددي هو خطوة نحو ملاحة بدون GPS، حيث يُحفظ الوقت الدقيق على متن الجهاز. ونحو شبكات اتصال بمزامنة أدق من الحالية.
الساعات البصرية حساسة للغاية لدرجة أنها تلتقط الفرق في مرور الزمن على ارتفاع سنتيمتر واحد — بسبب جاذبية الأرض.