Brevet FR3054773A1 — publié le 20180202

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine des instruments de mesure de type gravimètre, gyromètre ou accéléromètre basés sur l'utilisation d'un interféromètre atomique. Elle concerne plus particulièrement un interféromètre atomique et un procédé de mesure par interférométrie atomique. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Depuis une vingtaine d'années, les techniques d'interféromètre atomique ont permis de développer de nouveaux capteurs inertiels pour mesurer une vitesse de rotation ou une accélération locale due par exemple à la gravité. Un interféromètre atomique comporte généralement une source d'atomes et un piège à atomes froids configuré pour générer une bouffée d'atomes se propageant initialement dans une direction déterminée. L'interféromètre atomique comporte une source laser émettant une séquence d'impulsions lumineuses destinées à interagir avec la structure fine des atomes par transfert de photons entre champ d'interrogation et atomes. Un exemple d'interféromètre atomique repose sur une séquence de transferts de photons par interaction Raman, en utilisant deux faisceaux laser contra-propageant décalés en fréquence. Les impulsions lumineuses d'une séquence sont généralement espacées temporellement d'une durée T. On utilise en général une séquence de trois impulsions lumineuses appelée séquence « n/2-n- n/2 ». Les impulsions REVENDICATIONS1. Système d'interféromètre atomique comprenant: - une source d'atomes adaptée pour générer une bouffée d'atomes froids (60), - une source laser modulée temporellement pour générer une séquence d'impulsions lumineuses d'interrogation à une première longueur d'onde, la séquence d'impulsions lumineuses comprenant au moins une première impulsion lumineuse, une deuxième impulsion lumineuse et une dernière impulsion lumineuse, la première impulsion lumineuse étant adaptée pour séparer spatialement la bouffée d'atomes froids en une première onde d'atomes suivant une première trajectoire (31) et une seconde onde d'atomes suivant une seconde trajectoire (32), la deuxième impulsion lumineuse étant adaptée pour rediriger la première onde d'atomes et la seconde onde d'atomes, la dernière impulsion lumineuse étant adaptée pour recombiner la première onde d'atomes et la seconde onde d'atomes, - un système de détection configuré pour mesurer un déphasage interférométrique entre la première onde d'atomes et la seconde onde d'atomes recombinées, le déphasage interférométrique étant accumulé sur lesdites première et seconde trajectoires (31, 32) entre la première impulsion lumineuse et la dernière impulsion lumineuse, caractérisé en ce que le système d'interféromètre atomique comporte: - une cavité optique résonante (100) comprenant un premier réflecteur optique (11) à une première extrémité, un second réflecteur optique (12) à une seconde extrémité et un système optique intra-cavité (20, 21, 22), la cavité optique résonante (100) ayant un mode transverse de résonance accordé relativement à la première longueur d'onde, et - la cavité optique résonante (100) étant configurée pour injecter au moins une impulsion lumineuse (14) de ladite séquence d'impulsions lumineuses dans une première partie (81) de la cavité optique résonante (100) située entre le premier réflecteur optique (11) et le système optique intra-cavité (20, 21, 22), de manière à ce que ladite au moins une impulsion lumineuse (14) génère un champ lumineux de Bragg dans la cavité optique résonante, ledit champ lumineux de Bragg ayant une première taille (wi) de mode transverse située sur le premier réflecteur optique (11) dans ladite première partie (81), et, le système optique intra-cavité 3054773 30 (20, 21, 22) étant configuré pour agrandir le champ lumineux de Bragg à une deuxième taille (w2) de mode transverse dans une deuxième partie (82) de la cavité optique résonante (100), et en ce que - la bouffée d'atomes (60) est superposée spatialement et temporellement avec 5 ledit champ lumineux de Bragg dans la deuxième partie (82) de la cavité optique résonante (100). 2. Système d'interféromètre atomique selon la revendication 1 dans lequel le système optique intra-cavité (20, 21, 22) est constitué d'une lentille (20), ayant une longueur focale à la première longueur d'onde, ladite lentille (20) étant 10 disposée à une distance optique du premier réflecteur optique (11) égale à ladite longueur focale et la deuxième partie (82) étant située entre la lentille (20) et le deuxième réflecteur optique (12). 3. Système d'interféromètre atomique selon la revendication 1 dans lequel le système optique intra-cavité (20, 21, 22) comporte une première lentille 15 (21) et une deuxième lentille (22), la première lentille (21) ayant une première longueur focale égale à une distance optique entre le premier réflecteur optique (11) et la première lentille (21), la deuxième partie (82) étant située entre la première lentille (21) et la deuxième lentille (22). 4. Système d'interféromètre atomique selon la revendication 3 dans 20 lequel ladite deuxième lentille (22) a une deuxième longueur focale et ladite deuxième lentille (22) est disposée à une deuxième distance optique du deuxième réflecteur optique (12) égale à ladite deuxième longueur focale à la première longueur d'onde. 5. Système d'interféromètre atomique selon l'une des revendications 1 à 25 4 comportant en outre un dispositif d'asservissement d'accord entre la cavité optique résonante (100) et la première longueur d'onde, le dispositif d'asservissement comprenant un faisceau lumineux de contrôle (15) émis à une deuxième longueur d'onde, le faisceau lumineux de contrôle (15) étant injecté dans la cavité optique résonante, lesdites première et deuxième longueur d'onde 30 étant longitudinalement cohérentes dans la cavité optique résonante (100), et en ce que le dispositif d'asservissement comporte un détecteur adapté pour mesurer un signal de contrôle en fonction du faisceau lumineux de contrôle injecté dans la cavité optique résonante et en ce que le dispositif d'asservissement est configuré pour accorder la cavité optique résonante (100) et la première longueur d'onde 3054773 31 relativement l'une à l'autre en fonction du signal de contrôle. 6. Système d'interféromètre atomique selon l'une des revendications 1 à 5 comportant en outre un piège à atomes froids (100) configuré pour confiner la bouffée d'atomes froids (60) dans la deuxième partie (82) de la cavité optique 5 résonante (100), dans lequel lesdites première et seconde trajectoires (31, 32) parcourues entre la première impulsion lumineuse et la dernière impulsion lumineuse sont situées dans la deuxième partie (82) de la cavité optique résonante (100) simultanément avec l'injection de ladite séquence d'impulsions lumineuses dans la première partie (81) de la cavité optique résonante (100). 10 7. Système d'interféromètre atomique selon la revendication 6 dans lequel la cavité optique résonante (100) présente un axe optique longitudinal (2) orienté suivant une direction parallèle au plan de trajectoire de la bouffée d'atomes froids (60). 8. Système d'interféromètre atomique selon la revendication 6 dans 15 lequel la cavité optique résonante (100) présente un axe optique longitudinal (2) orienté suivant une direction transverse au plan de trajectoire de la bouffée d'atomes froids (60). 9. Système d'interféromètre atomique selon l'une des revendications 1 à 5, comportant en outre une autre cavité optique résonante (101) comprenant un 20 autre système optique intra-cavité (120) configuré pour présenter un grandissement optique de mode transverse supérieur à 1 entre une première partie (181) et une deuxième partie (182) de l'autre cavité optique résonante (101), l'autre cavité optique résonante étant configurée pour recevoir une autre impulsion lumineuse injectée dans la première partie (181) et pour former un 25 champ lumineux de Bragg ayant une taille de mode transverse présentant ledit facteur de grandissement entre la première partie (181) et la deuxième partie (182) de l'autre cavité optique résonante (101), l'appareil de mesure étant configuré pour que la bouffée d'atomes froids (60) parcoure une trajectoire balistique (30) passant séquentiellement dans la deuxième partie (82) de ladite 30 cavité optique résonante (100) simultanément avec l'injection de ladite première impulsion lumineuse (141) dans la première partie (81) de ladite cavité optique résonante (100), la trajectoire balistique (30) passant dans la deuxième partie (182) de l'autre cavité optique résonante (101) simultanément avec l'injection de la deuxième impulsion lumineuse (142) dans la première partie (181) de l'autre 3054773 32 cavité optique résonante (101), et la trajectoire balistique (30) passant dans la deuxième partie (82) de la cavité optique résonante (100) simultanément avec l'injection de la dernière impulsion lumineuse dans la première partie (81) de la cavité optique résonante (100). 5 10. Système d'interféromètre atomique selon la revendication 9, dans lequel l'autre cavité optique résonante est configurée pour recevoir une troisième impulsion lumineuse (143) injectée dans la première partie (181) et pour former un champ lumineux de Bragg ayant une taille de mode transverse présentant ledit facteur de grandissement entre la première partie (181) et la deuxième partie 10 (182) de l'autre cavité optique résonante (101), l'appareil de mesure étant configuré pour que la bouffée d'atomes froids (60) parcoure une trajectoire balistique (30) passant séquentiellement dans la deuxième partie (82) de ladite cavité optique résonante (100) simultanément avec l'injection de ladite première impulsion lumineuse (141) dans la première partie (81) de ladite cavité optique 15 résonante (100), la trajectoire balistique (30) passant dans la deuxième partie (182) de l'autre cavité optique résonante (101) simultanément avec l'injection de la deuxième impulsion lumineuse (142) dans la première partie (181) de l'autre cavité optique résonante (101), la trajectoire balistique (30) passant de nouveau dans la deuxième partie (182) de l'autre cavité optique résonante (101) 20 simultanément avec l'injection de la troisième impulsion lumineuse (143) dans la première partie (181) de l'autre cavité optique résonante (101), et la trajectoire balistique (30) passant dans la deuxième partie (82) de la cavité optique résonante (100) simultanément avec l'injection de la dernière impulsion lumineuse dans la première partie (81) de la cavité optique résonante (100). 25 11. Procédé d'interférométrie atomique comprenant les étapes suivantes: - génération d'une bouffée d'atomes (60), - génération d'une séquence d'impulsions lumineuses à une première longueur d'onde, la séquence d'impulsions lumineuses comprenant au moins une première impulsion lumineuse, une deuxième impulsion lumineuse et une dernière 30 impulsion lumineuse, la première impulsion lumineuse étant adaptée pour séparer spatialement la bouffée d'atomes froids en une première onde d'atomes suivant une première trajectoire (31) et une seconde onde d'atomes suivant une seconde trajectoire (32), la deuxième impulsion lumineuse étant adaptée pour rediriger la première onde d'atomes et la seconde onde d'atomes, la dernière impulsion 3054773 33 lumineuse étant adaptée pour recombiner la première onde d'atomes et la seconde onde d'atomes, - injection d'au moins une impulsion lumineuse (14) de ladite séquence d'impulsions lumineuses dans une première partie (81) d'une cavité optique 5 résonante (100), de manière à ce que ladite au moins une impulsion lumineuse (14) de ladite séquence d'impulsions lumineuses génère un champ lumineux de Bragg (140) dans la cavité optique résonante (100), ledit champ lumineux de Bragg (140) ayant une première taille de mode transverse dans ladite première partie (81), et, un système optique intra-cavité (20, 21, 22) étant configuré pour 10 agrandir le champ lumineux de Bragg à une deuxième taille de mode transverse dans une deuxième partie (82) de la cavité optique résonante, - ladite bouffée d'atomes (60) étant superposée spatialement et temporellement avec le champ lumineux de Bragg (140) dans la deuxième partie (82) de la cavité optique résonante (100), et 15 - mesure d'un déphasage interférométrique entre la première onde d'atomes et la seconde onde d'atomes recombinées, le déphasage interférométrique étant accumulé sur lesdites première et seconde trajectoires entre lesdites première impulsion lumineuse et dernière impulsion lumineuse.