Brevet FR3082301A1 — publié le 20191213

Système de refroidissement pour capteur à atomes froids et procédé de refroidissement associé DOMAINE DE L'INVENTION L'invention se situe dans le domaine des capteurs à atomes froids. Plus 5 particulièrement l'invention concerne les systèmes de refroidissement d'atomes par laser permettant la mise en oeuvre de tels capteurs (classe 100 pK). 10 ETAT DE LA TECHNIQUE Les capteurs à atomes froids ont déjà montré d'excellentes performances pour la mesure du temps (horloge) et des champs de gravitation (gravimètre), des accélérations (accéléromètre) et des rotations (gyromètre). 15 Leur principe de fonctionnement est rappelé ci-dessous. Pour réaliser la mesure, un capteur à atomes froids nécessite l'obtention d'un nuage d'atomes froids, c'est-à-dire des atomes qui ont été ralentis selon les trois directions de l'espace, dans une enceinte à vide. Nous dénommerons ce nuage d'atomes refroidis dans les 3 dimensions AC3D (température 20 typique dans la classe 100 pK). Les atomes utilisés dans les capteurs à atomes froids sont tels qu'ils présentent deux niveaux atomiques fondamentaux dit « hyperfins », c'est-à-dire séparés en fréquence d'une grandeur 6f0 de l'ordre du gigahertz avec 25 6f0= wo / 2-rr, qui est très stable et très bien connue. Ces atomes sont typiquement du rubidium 87, pour lequel 6f0=6,834 GHz, mais d'autres atomes alcalins tels que le rubidium 85 (5f0 = 3.0 GHz) le césium (15f0 = 9.2 GHz), le sodium (4E40 = 1.7 GHz) ou le potassium 40 (6fo = 1.3 GHz) présentent le même type de structure atomique et peuvent être 30 utilisés. 2 Pour la mise en oeuvre du capteur, on distingue la préparation des atomes, consistant à réaliser le nuage AC3D précité, et la mesure (horloge, vitesse, accélération, rotation) proprement dite à partir de AC3D. Pour préparer les atomes afin qu'ils puissent être utilisés pour la mesure, on distingue : -une phase de refroidissement à l'issue de laquelle le nuage AC3D est constitué, avec des atomes qui peuplent un des deux niveaux fondamentaux hyperfins, que nous dénommerons F0, et -une phase de pompage à l'issue de laquelle tous les atomes de AC3D sont sur un sous-niveau Zeeman déterminé, que nous dénommerons ZO, du niveau F0. Classiquement ces phases sont mises en oeuvre avec de la lumière laser et des champs magnétiques (voir plus loin). Une génération de capteurs à atomes froids utilise un circuit atomique (« atomic chip » en anglais) ou puce atomique, pour guider le trajet du/des nuage/s d'atomes froids et réaliser la mesure. Pour ce type de capteur, la phase de pompage optique est importante pour que tous les atomes soient sur le même sous-niveau Zeeman ZO de FO pouvant être piégé par le circuit atomique. Une fois le nuage d'atomes froids AC3D constitué (température typique dans la classe 100 pK), les atomes étant positionnés sur le sous-niveau Zeeman ZO souhaité, on transfère ou « charge » les atomes au voisinage du circuit atomique en allumant un ascenseur magnétique. Une fois le nuage au voisinage de la puce, on éteint l'ascenseur et on enlève les atomes les plus « chauds » par exemple par évaporation radiofréquence (second refroidissement), les atomes restants étant alors dits ultra froids (classe 100 nK). Une mesure est alors réalisée à l'aide des microcircuits présents sur la puce (horloge, vitesse, accélération, rotation) consistant à transférer une phase accumulée par la fonction d'onde atomique pendant la mesure en une différence de populations entre deux sous-niveaux Zeeman. 3 Une lecture de la mesure s'effectue par comptage du nombre d'atomes dans les différents sous-niveaux Zeeman en jeu lors de la mesure précédente. Cette lecture est réalisée en utilisant un laser de détection illuminant le nuage d'atomes ultra froids. C'est la phase de détection. 5 Pour la mise en oeuvre des capteurs à circuit atomique, il faut disposer d'une quantité suffisante d'atomes ultra froids (classe 100 nK). Pour refroidir efficacement des atomes de la classe 100 pK (refroidissement laser) à la classe 100 nK, il est nécessaire de disposer d'un grand nombre d'atomes 10 froids (classe 100 pK), typiquement 109 atomes. Les solutions existantes pour réaliser le refroidissement d'atomes (classe 100 pK) combinent un piège magnéto-optique à deux dimensions tel que décrit sur la figure 1 et un piège magnétique optique à trois dimensions tel 15 que décrit sur la figure 2. La combinaison est décrite par exemple dans la référence : D. Farkas, K. Hudek, E. Salim, S. Segal, M. Squires and D. Anderson, « A compact, transportable, microchip-based system for high repetition rate production of Bose-Einstein condensates », Appl. Phys. Lett., 96 (2010). 20 La figure 1 illustre le piège magnéto optique permettant de réaliser le piège à 2 dimensions ou MOT 2D (MOT abréviation anglaise pour Magneto-OpticalTrap). Par piège 2D on entend le fait de ralentir les atomes en annulant leur vitesse dans un plan donné, sur la figure 1 le plan donné est le plan XY 25 perpendiculaire à Z. Pour le MOT 2D on a besoin de 6 faisceaux lasers MOT-B illuminant simultanément selon 6 directions différentes une première enceinte et de champs magnétiques réalisés par exemple par 4 bobines IC (et éventuellement 2 bobines en configuration Anti-Helmholtz AHC). Le nuage 30 AC2D est constitué d'atomes ralentis dans le plan XY (leur température dans ce plan est dans la classe 100 pK) mais pas selon l'axe Z (température selon cette direction correspondant à la température ambiante). La nuage AC2D est alors dirigé au travers d'un orifice dans une deuxième enceinte dans laquelle il est illuminé simultanément par 6 faisceaux laser 35 selon 3 directions différentes (2 faisceaux contra propagatifs par direction), 4 deux dans le plan de la feuille et une selon une direction perpendiculaire à la feuille) couramment dénommées MOT 3D X1, MOT 3D X2 et MOT 3D H, tel qu'illustré figure 2. Un système de bobines identique à celui de la figure 1 (non représenté) est également nécessaire pour appliquer un champ 5 magnétique similaire à celui appliqué dans la première enceinte. Dans le volume illuminé par l'intersection des 6 faisceaux est formé le nuage d'atomes ralentis selon les trois directions AC3D. Typiquement on obtient une température dans la classe 100 pK dans les trois directions. Un circuit atomique Atc est disposé dans la deuxième enceinte, pour réaliser 10 les mesures, une fois le nuage AC3D « chargé » sur le circuit. L'intérêt d'un système à 2 étapes est que MOT 2D alimente MOT 3D avec une grande quantité d'atomes pré refroidis, ce qui permet à MOT 3D de refroidir un nombre important d'atomes tout en gardant un vide poussé 15 (environ 1040 mbar) dans son enceinte. Si on alimentait directement MOT 3D en atome chauds, cette alimentation augmenterait la pression dans l'enceinte contenant MOT 3D empêchant la réalisation de la mesure faite par le circuit atomique. 20 Un refroidissement tel qu'illustré figures 1 et 2 fonctionne mais présente l'inconvénient d'être très complexe à mettre en oeuvre. En effet, sont nécessaires : - 12 faisceaux lasers (6 pour le piège magnétique à deux dimensions et 6 pour le piège magnéto optique à trois dimensions), qui doivent être contrôlés 25 en fréquence, en polarisation et en puissance. De plus ces faisceaux lasers doivent être collimatés, leurs formes contrôlées et leurs pointés suffisamment stables. Typiquement les deux faisceaux verticaux (selon Z) de la figure 1 et les six faisceaux de la figure 2 ont un diamètre de 25 mm. Les quatre faisceaux restants de la figure 1 font typiquement 25 mm par 50 mm. 30 -deux champs magnétiques : *un premier champ magnétique présentant une configuration spatiale spécifique (nul au centre du piège magnéto optique et s'accroissant avec la distance au centre) et appliqué simultanément dans les deux enceintes par deux systèmes associés. Ce premier champ est typiquement généré, pour : 5 -la première enceinte, par quatre bobines IC ou quatre aimants permanents (voir figure 1 et publication précitée Farkas 2010), -la deuxième enceinte, par deux bobines en configuration AntiHelmholtz 5 *un second champ magnétique (homogène, environ 2 Gauss) appliqué uniquement dans la deuxième enceinte est typiquement généré par deux bobines AHC en configuration anti-Helmholtz. La complexité et le nombre des faisceaux laser et des champs 10 magnétiques nécessaires dans les solutions de l'état de l'art rendent la génération rapide (moins de 100 ms) d'un nombre suffisant d'atomes froids (109 atomes à 100 pK) très complexe à mettre en oeuvre et à miniaturiser. Au niveau du fonctionnement magnéto-optique du système, à titre d'exemple 15 non limitatif, le principe du capteur est décrit pour des atomes de rubidium 87, qui est un atome couramment utilisé. Ce principe est applicable aux autres types d'atomes précités présentant deux niveaux fondamentaux hyperfins. 20 La figure 3 illustre les principaux niveaux atomiques d'intérêt de rubidium 87. Les deux niveaux fondamentaux hyperfins, notés F=1 et F=2 pour le rubidium 87, sont séparés de 6f0=6834±1 MHz. Les niveaux excités F'=0, 1, 2 ou 3 sont obtenus par excitation optique au voisinage de 780 nm, et séparés les uns des autres de grandeurs comprises entre 50 et 300 MHz. La 25 grandeur F est définie comme le moment angulaire atomique. La figure 4 illustre les fréquences nécessaires lors des trois phases précitées (refroidissement, pompage, détection). 30 Dans la phase 1 de refroidissement, on réalise un piège magnéto-optique à trois dimensions. Pour cela, on règle un premier laser Ll dit de refroidissement sur une fréquence f -Refroid légèrement en dessous d'un niveau excité d'une grandeur E1, typiquement comprise entre quelques MHz et une centaine de MHz. Les atomes absorbent des photons de Ll et les réémettent 35 à une fréquence légèrement plus élevée (fréquence correspondant à la 6 fréquence de la transition F=2->F'=3), ainsi ils perdent de l'énergie cinétique et se ralentissent. Une polarisation du laser L1 de type a+ ou a- (circulaire droite ou gauche) est nécessaire. Pendant le refroidissement, pour obtenir tous les atomes sur le même niveau 5 fondamental F0, F=2 pour le rubidium 87, on utilise un deuxième laser L2 dit de « repompage » de fréquence fRepomp qui pompe optiquement les atomes vers le niveau F=2. Le choix des niveaux s'effectue en fonction des règles de sélection spectrale de l'atome considéré. Lors de cette phase de refroidissement, les 12 faisceaux laser des deux 10 pièges MOT 2D et MOT 3D illuminent simultanément les deux enceintes, et chaque faisceau contient les deux fréquences fRefroid et fRepomp issues des deux lasers L1 et L2. On applique également simultanément aux deux enceintes le premier champ magnétique décrit plus haut. 15 Une fois les atomes refroidis, ils sont tous sur le même niveau F0, F=2 pour le rubidium 87, répartis sur tous les sous-niveaux Zeeman du niveau FO (5 pour le rubidium 87). La deuxième phase de pompage optique consiste à mettre tous les atomes 20 sur un même sous-niveau Zeeman ZO prédéterminé de l'état fondamental F=2. Cette phase est importante car à l'issue du refroidissement les atomes peuplent tous les niveaux Zeeman de F=2, et on souhaite maximiser le nombre d'atomes dans un niveau Zeeman déterminé ZO (celui qui sera « chargé » sur le circuit atomique) pour maximiser le nombre d'atomes 25 « chargés » sur le circuit atomique. La figure 5 illustre les différents sous-niveaux Zeeman snZ des états F=1 et F=2 du rubidium 87 (non représentés figure 4). On voit que le niveau F=2 présente 5 sous-niveaux Zeeman. Pour un niveau fondamental donné, les 30 sous-niveaux Zeeman sont caractérisés par la valeur de la grandeur mF correspondant à la projection du moment angulaire atomique F sur l'axe de quantification. Un sous-niveau Zeeman est ainsi décrit par la valeur de F et la valeur de mF selon le formalisme IF=2;mF=2> pour le sous-niveau F=2 pour lequel mF=2, tel qu'illustré figure 5. 7 Pour le rubidium 87, le sous-niveau ZO prédéterminé est le niveau IF=2;mF=2>. Pendant cette deuxième phase on applique un champ magnétique 5 homogène dans l'enceinte contenant MOT 3D, pour lever la dégénérescence des différents sous-niveaux Zeeman, c'est à dire donner à chaque sous-niveau Zeeman une énergie différente permettant de les discriminer. Selon une relation connue, les différentes fréquences de résonance correspondant aux transitions entre un sous-niveau Zeeman de F=1 et un sous-niveau 10 Zeeman de F=2 sont fonction de la valeur de ce champ magnétique homogène. Ce champ est typiquement généré avec une paire de bobines en configuration de Helmholtz. 15 Le laser L1, ici polarisé cy+ (circulaire droit), est réutilisé comme laser pour le pompage (il éclaire alors le nuage atomique selon une autre direction que lors du refroidissement), il doit être à une fréquence fpomp en dessous d'une transition déterminée d'une grandeur c2 d'environ 160 à 260 MHz. Le deuxième laser L2 dit de « repompage » est également utilisé pour 20 ramener tous les atomes sur le niveau fondamental F=2. Pendant cette deuxième phase les deux lasers L1 et L2 illuminent seulement l'enceinte contenant MOT 3D. Dans une troisième phase de détection (après un certain temps 25 d'interférométrie) seul le laser L1 est utilisé, ici comme laser de détection, avec une fréquence fdet ajustée sur une résonance atomique. Dans une variante de cette troisième phase les lasers L1 et L2 peuvent être utilisés séquentiellement ou simultanément. 30 Ainsi les systèmes de refroidissement pour capteur à atomes froids selon l'état de l'art capables de fournir un certain nombre d'atomes froids dans la gamme 100 pK sont coûteux, complexes à réaliser et à mettre en oeuvre. Un but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités en proposant un système de refroidissement simplifié utilisant un principe de 35 refroidissement en lumière isotrope. 8 DESCRIPTION DE L'INVENTION La présente invention a pour objet un système de refroidissement pour 5 capteur à atomes froids comprenant : -une chambre de refroidissement à deux dimensions, dénommée chambre 2D, maintenue sous ultravide et disposée au moins partiellement à l'intérieur d'un cylindre intégrant présentant un axe Z, ledit cylindre intégrant étant configuré pour illuminer la chambre 2D par une première lumière isotrope, 10 ladite chambre 2D comprenant des atomes à refroidir, -une chambre de refroidissement à trois dimensions, dénommée chambre 3D, maintenue sous ultra vide et reliée à la chambre 2D par une ouverture (Op) configurée pour permettre le passage desdits atomes de la chambre 2D vers la chambre 3D par déplacement sensiblement selon l'axe Z, ladite 15 chambre 3D étant disposée au moins partiellement à l'intérieur d'une sphère intégrante, ladite sphère intégrante étant configurée pour illuminer la chambre 3D par une deuxième lumière isotrope. Typiquement les atomes sont du Rubidium. 20 Selon un mode de réalisation la chambre 2D est en outre configurée pour être illuminée, via un hublot, par un faisceau laser selon l'axe Z. Selon un mode de réalisation la première et la deuxième lumière isotrope proviennent respectivement d'un premier et d'un deuxième ensemble de 25 fibres optiques connectées respectivement au cylindre intégrant et à la sphère intégrante via des entrées associées. Typiquement le premier ensemble est constitué de quatre fibres optiques multimodes, les quatre entrées associées étant disposées dans un même plan perpendiculaire à l'axe Z et passant par le milieu de la hauteur dudit 30 cylindre, et étant espacées de 90°. Typiquement le deuxième ensemble est constitué de quatre fibres optiques multimodes, les quatre entrées associées étant disposées de sorte que deux d'entre elles sont diamétralement opposées et situées sur une droite passant par le centre de la sphère, les deux autres entrées étant situées dans un plan perpendiculaire à ladite droite et contenant le centre de la sphère. 9 Selon un mode de réalisation la sphère intégrante présente en outre deux ouvertures permettant le passage d'un faisceau de détection. Préférentiellement les fibres optiques sont configurées de sorte qu'un champ 5 optique à l'intérieur de la sphère présente des tavelures de grain fin. Préférentiellement la surface interne dudit cylindre intégrant et la surface interne de la sphère intégrante sont chacune soit un miroir à haute réflectivité, soit parfaitement diffusante. 10 Selon un mode de réalisation le système de refroidissement selon l'invention comprend en outre un dispositif de génération d'un champ magnétique uniforme dans la chambre 3D, et un dispositif de génération d'une onde hyperfréquence se propageant dans la chambre 3D, ladite onde 15 hyperfréquence présentant une pluralité de fréquences. Selon un autre aspect, l'invention concerne un capteur à atomes froids à circuit atomique comprenant une source d'atomes, un système de refroidissement selon l'invention et un circuit atomique disposé à l'intérieur 20 de la chambre 3D ou constituant au moins partiellement une des parois de ladite chambre 3D. Selon une variante le circuit atomique constitue au moins partiellement une paroi de la chambre 3D et est transparent, la face n'étant pas dans le vide étant revêtue d'une couche diffusante ou réfléchissante. 25 Selon encore un autre aspect l'invention concerne un procédé de refroidissement d'atomes pour un capteur à atomes froid à circuit atomique, ledit capteur comprenant : -une chambre de refroidissement à deux dimensions, dénommée chambre 30 2D, maintenue sous ultravide et comprenant des atomes à refroidir, ladite chambre 2D étant disposée au moins partiellement à l'intérieur d'un cylindre intégrant présentant un axe Z, ledit cylindre intégrant étant configuré pour illuminer la chambre 2D par une première lumière isotrope, une chambre de refroidissement à trois dimensions, dénommée chambre 3D, 35 maintenue sous ultra vide et reliée à la chambre 2D par une ouverture 10 configurée pour permettre le passage desdits atomes de la chambre 2D vers la chambre 3D par déplacement sensiblement selon l'axe Z, ladite chambre 3D étant disposée au moins partiellement à l'intérieur d'une sphère intégrante configurée pour illuminer la chambre 3D par une deuxième 5 lumière isotrope, lesdits atomes à refroidir présentant un premier et un deuxième niveau fondamental, lesdits niveaux étant hyperfins, le procédé comprenant: -une première phase de refroidissement mise en oeuvre pendant un premier 10 laps de temps consistant à refroidir les atomes et à les mettre dans un des deux états fondamentaux hyperfins dénommé F0, comprenant une étape d'illumination de la chambre 2D et de la chambre 3D par respectivement la première et la deuxième lumière isotrope, lesdites lumières isotropes présentant une fréquence de refroidissement et une fréquence de 15 repompage, - une deuxième phase de pompage optique, mise en oeuvre après avoir éteint les lumières isotropes pendant un deuxième laps de temps, ladite deuxième phase étant mise en oeuvre pendant un troisième laps de temps et destinée à mettre les atomes dans un sous-niveau Zeeman déterminé de 20 l'état fondamental, ladite deuxième phase comprenant les étapes, mises en oeuvre simultanément dans la chambre 3D, consistant à : -appliquer un champ magnétique homogène, -illuminer avec la deuxième lumière isotrope présentant la fréquence de repompage, 25 -illuminer avec une onde hyperfréquence présentant une pluralité de fréquences différentes, chaque fréquence correspondant à une fréquence de résonance d'une transition entre un sous-niveau Zeeman du premier niveau fondamental et un sous-niveau Zeeman du deuxième niveau fondamental. 30 Selon un mode de réalisation, pendant la phase de refroidissement on illumine également la chambre 2D avec un faisceau laser selon l'axe Z du cylindre, présentant la fréquence de refroidissement et la fréquence de repompage. 35 11 Typiquement, les atomes à refroidir sont du rubidium 87, les deux niveaux fondamentaux hyperfins étant dénommés F=1 et F=2, le niveau fondamental étant le niveau F=2 et le sous-niveau Zeeman prédéterminé étant le sous-niveau noté IF=2;mF=2>, avec F moment angulaire atomique et mF projection 5 du moment angulaire atomique sur l'axe de quantification, et dans lequel la pluralité de fréquences est constituée de quatre fréquences avec : une première fréquence correspondant à la fréquence de la transition IF=1;mF=-1> vers IF=2;mF=-2>, une deuxième fréquence correspondant à la fréquence de la transition 10 IF=1;mF=0> vers IF=2;mF=-1>, une troisième fréquence correspondant à la fréquence de la transition IF=1;mF=1> vers IF=2;mF=0>, et une quatrième fréquence correspondant à la fréquence de la transition IF=1;mF=1> vers IF=2;mF=1>. 15 Selon un dernier aspect l'invention concerne un procédé de mesure réalisé par un capteur à atomes froids comprenant un circuit atomique disposé à l'intérieur de la chambre 3D ou constituant une des parois de ladite chambre 3D, le procédé comprenant : 20 -une étape de refroidissement réalisée par le procédé de refroidissement selon l'invention, -une étape de transfert des atomes à proximité du circuit atomique avec un ascenseur magnétique, -une étape de piégeage desdits* atomes sur le circuit atomique afin de les 25 refroidir à nouveau, -une étape de mesure réalisée par des microcircuits présents sur le circuit atomique, -une étape de détection réalisée à l'aide d'un faisceau laser de détection qui illumine lesdits atomes 3D situés à proximité du circuit atomique. 30 D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : 35 12 La figure 1, déjà citée, illustre le piège magnéto optique permettant de réaliser le piège à 2 dimensions dénommé MOT 2D selon l'état de l'art. La figure 2, déjà citée, illustre le piège magnéto optique permettant de réaliser le piège à 3 dimensions dénommé MOT 3D selon l'état de l'art. 5 La figure 3, déjà citée, illustre les principaux niveaux atomiques d'intérêt du rubidium 87. La figure 4, déjà citée, illustre les fréquences nécessaires lors des trois phases, refroidissement, pompage et détection nécessaires à la mise en oeuvre d'un capteur à atomes froids selon l'état de l'art. 10 La figure 5, déjà citée, illustre les différents sous-niveaux Zeeman des états F=1 et F=2 du rubidium 87. La figure 6 illustre un système de refroidissement pour capteur à atomes froids selon l'invention. La figure 7 illustre un mode de réalisation d'éclairage de la chambre 2D par 15 le cylindre intégrant via quatre fibres optiques. La figure 8 illustre un exemple de répartition des quatre entrées de fibres optiques dans la sphère intégrante. La figure 9 illustre un capteur à atomes froids à circuit atomique selon l'invention. 20 La figure 10 illustre un procédé de refroidissement d'atomes pour un capteur à atomes froids à circuit atomique selon l'invention. La figure 11 décrit le mécanisme de la deuxième phase de pompage optique du procédé selon l'invention, pour le cas du rubidium 87. La figure 12 illustre un procédé de mesure réalisé par un capteur à atomes 25 froids selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 30 Le système de refroidissement 10 pour capteur à atomes froids selon l'invention est illustré figure 6. Il utilise le principe de refroidissement dénommé refroidissement en lumière isotrope (Isotropic Light Cooling en anglais) décrit dans la publication de T.G. Aardena et al « Tranverse diffusion in Isotropic Light Slowing » Physical 13 Review Letters Vol 76, N°5, 1996. Dans cette publication un faisceau d'atomes préalablement collimaté est refroidi dans deux directions. Ce principe est basé sur l'échange d'impulsion entre les photons absorbés et émis par l'atome à refroidir. Soit un atome de vitesse y, l'atome à refroidir 5 absorbe des photons dont l'impulsion est sur la surface d'un cône d'angle 0 tel que : fatome = fRefroid [fRefroid V COS(0)]/C c est la vitesse de la lumière et fatome est la fréquence de la transition utilisée pour le refroidissement ; dans le cas du rubidium 87 c'est la fréquence de la 10 transition F=2->F'=3. En moyenne sur beaucoup de cycles absorption/émission de photons par l'atome à refroidir : i) la moyenne des impulsions des photons réémis par l'atome est nulle, ii) la moyenne des projections dans le plan perpendiculaire à la vitesse de l'atome des impulsions des photons absorbés par l'atome est nulle, iii) la moyenne des 15 projections dans la direction de la vitesse de l'atome des impulsions des photons absorbés par l'atome est non nulle et est opposée à la vitesse de l'atome. Il en résulte donc une force qui ralentit l'atome et donc le refroidit. Dans la publication précitée seul le refroidissement à deux dimensions en lumière isotrope est décrit. 20 La publication de H.D. Cheng et al « Laser cooling of rubidium atoms from background vapor in diffuse light » Physical Review A Vol 79, N° 023407, 2009, décrit le refroidissement isotrope à trois dimensions, qui ne permet d'obtenir qu'un faible nombre d'atomes refroidis. 25 Le système de refroidissement 10 selon l'invention comprend deux chambres de refroidissement, une chambre 2D et une chambre 3D, et repose sur la combinaison d'un cylindre et d'une sphère intégrante comme décrit ci-dessous. 30 Une chambre de refroidissement à deux dimensions Ch2D ou chambre 2D est maintenue sous ultravide à l'aide d'un système de pompes non représenté connecté au niveau du conduit 5. La chambre 2D est disposée au moins partiellement à l'intérieur d'un cylindre intégrant IC présentant une symétrie de révolution suivant un axe Z. 14 Dans la chambre 2D sont présents des atomes 13 à refroidir. Ces atomes sont préférentiellement du rubidium 87 mais peuvent également être des atomes rubidium 85, du césium, du sodium ou du potassium 40. Selon une option ces atomes proviennent d'une source disposée à l'intérieur 5 de la chambre 2D tel un filament (non représenté). Selon une autre option ces atomes proviennent d'une chambre additionnelle connectée à la chambre 2D. La chambre 2D sert à « charger » la chambre 3D avec des atomes pré-refroidis. 10 Le cylindre intégrant est configuré pour illuminer la chambre 2D avec une première lumière isotrope IL1. Lorsqu'elle illumine la chambre 2D la première lumière isotrope IL1 présente deux fréquences définies dans l'état de l'art, la fréquence de refroidissement f -Refroid et la fréquence de repompage f -Repomp (voir procédé plus loin). 15 Préférentiellement la surface interne 12 du cylindre IC est constituée soit d'un miroir à haute réflectivité, par exemple du cuivre avec un poli optique, soit d'un matériau parfaitement diffusant, par exemple du spectralonTM L'objectif est d'éclairer la chambre 2D avec, dans un plan XY, des rayons 20 lumineux provenant de manière équivalente de toutes les directions et d'avoir une symétrie par translation suivant l'axe Z du champ lumineux. Préférentiellement la chambre 2D Ch2D est également de forme cylindrique et ses parois sont en verre, transparent pour la longueur d'onde de 25 fonctionnement, autour de 780 nm pour le rubidium 87. La lumière isotrope éclairant les atomes 13 permet de refroidir les atomes 13 contenus dans Ch2D dans un plan YX perpendiculaire à Z et perpendiculaire au plan de la figure 6 (voir plus loin la partie sur le procédé de 30 refroidissement). La chambre 2D combinée au cylindre intégrant IC est configurée pour réaliser un piège optique à 2 dimensions OT2D pour des atomes 13 présents dans la chambre 2D. Les atomes ainsi refroidis forment un nuage AC2D de forme filaire selon Z situé au centre du cylindre. 15 Le nuage AC2D passe ensuite dans la chambre 3D Ch3D par une ouverture Op qui relie Ch2D et Ch3D et permet le passage des atomes du nuage AC2D de la chambre 2D vers la chambre 3D par déplacement sensiblement selon l'axe Z. 5 L'ouverture Op fait typiquement de l'ordre du millimètre de diamètre et de l'ordre de quelques millimètres de profondeur. Préférentiellement ce trou de passage des atomes entre les deux chambres est réalisé dans une pièce planaire 3 en cuivre OFHC dont la surface présente un poli optique. Cela permet, en plus du refroidissement à deux dimensions déjà mentionné, de 10 pré-refroidir les atomes dans la direction verticale. Cela augmente le nombre d'atomes refroidis dans la chambre de refroidissement à trois dimensions Ch3D. Préférentiellement la chambre 2D est en outre configurée pour être illuminée, 15 via un hublot 14 par un faisceau laser pousseur Fp de direction selon l'axe du cylindre Z, tel qu'illustré figure 6. Typiquement son diamètre est de l'ordre du cm. Il permet de charger plus rapidement la chambre de refroidissement à trois dimensions en poussant AC2D au travers du trou de passage. 20 Le système de refroidissement selon l'invention comprend également une chambre de refroidissement à trois dimensions Ch3D dénommée chambre 3D reliée à la chambre 2D par une ouverture Op. L'ouverture Op est configurée pour permettre le passage des atomes 13 de la chambre 2D vers la chambre 3D par déplacement sensiblement selon l'axe Z, comme illustré 25 figure 6. La chambre Ch3D est maintenue sous ultra vide par un système de pompe non représenté connecté via le conduit 6. La chambre 3D est disposée au moins partiellement à l'intérieur d'une sphère intégrante IS qui est configurée pour illuminer la chambre 3D par une deuxième lumière isotrope IL2. 30 Le refroidissement à deux dimensions sert à charger la chambre de refroidissement à trois dimensions avec des atomes pré-refroidis. Le refroidissement à trois dimensions permet de refroidir par laser un grand nombre d'atomes (109 atomes à 100 pK en 100 ms par exemple). 16 La chambre 3D combinée à la sphère intégrante IS est configurée pour réaliser un piège optique tridimensionnel des atomes 13 issus de la chambre 2D. Une fois refroidis dans les trois dimensions les atomes forment un nuage AC3D illustré figure 6. Ce nuage est ensuite utilisé pour réaliser une mesure 5 d'horloge, d'accélération, de vitesse, de rotation (voir procédé plus loin). Préférentiellement la chambre 3D Ch3D est de forme parallélépipédique, et ses parois sont en verre, transparent pour la longueur d'onde de fonctionnement, autour de 780 nm pour le rubidium 87. 10 La surface 24 de la sphère intégrante IS est sujette aux mêmes spécifications que celle du cylindre intégrant IC. Le refroidissement s'opère par illumination des chambres par 1L1 et 1L2 selon 15 un procédé décrit plus loin. Comme selon l'état de l'art dans une première phase de refroidissement on illumine Ch2D et Ch3D par une lumière (respectivement 11_1 et 1L2) présentant deux fréquences f -Refroid et fRepomp définies plus haut. Par contre, dans une deuxième étape de pompage optique, la chambre 3D est illuminée avec une seule fréquence optique 20 fRepomp. Comme expliqué plus loin, du fait de la spécificité du refroidissement par éclairage en lumière isotrope, le procédé de refroidissement est différent du procédé selon l'état de l'art. Préférentiellement les fréquences f -Refroid et fRepomp proviennent de deux lasers 25 L1 et L2. Dans le cas d'une surface interne de IC et IS réfléchissante (respectivement diffusante), du fait de la réflexion (respectivement diffusion) de la lumière dans IC et IS, les faisceaux lumineux réfléchis (respectivement diffus) qui éclairent Ch2D et Ch3D ne sont pas polarisés, contrairement aux faisceaux utilisés dans l'état de la technique qui doivent être polarisés. 30 Le système d'éclairement des chambres 2D et 3D selon l'invention réalisé avec le cylindre intégrant et la sphère intégrante est grandement simplifié par rapport au système optique de l'état de l'art. La polarisation de la lumière qui éclaire les chambres Ch2D et Ch3D n'a plus besoin d'être contrôlée. Le 35 premier champ magnétique présentant une variation spatiale spécifique tel 17 qu'utilisé classiquement n'est plus nécessaire. En outre il n'y a plus besoin de collimateurs complexes pour mettre en forme les faisceaux laser, il suffit d'introduire de la lumière (de polarisation quelconque) dans IC et IS. 5 Selon une variante préférée la première lumière isotrope IL1 et la deuxième lumière isotrope IL2 proviennent respectivement d'un premier et d'un deuxième ensemble de fibres optiques connectées respectivement au cylindre intégrant et à la sphère intégrante via des entrées associées. Des fibres optiques OF1 pour IC et OF2 pour IS sont illustrées figure 6. Les 10 fibres optiques sont connectées, à l'autre extrémité, à la fois à L1 et L2, pour véhiculer la lumière depuis les lasers jusque dans le cylindre et la sphère. L'acheminement de la lumière via des fibres optiques est rendu possible car il n'y a aucune contrainte sur la polarisation de la lumière éclairant les chambres ainsi que sur la forme des faisceaux éclairant la première chambre 15 Ch2D et la deuxième chambre Ch3D. Selon un mode de réalisation le premier ensemble est constitué de quatre fibres optiques multimodes OF1 dont les quatre entrées associées sont disposées de manière à ce que l'intérieur du cylindre soit éclairé de façon 20 uniforme. La figure 7 illustre un mode de réalisation d'éclairage de Ch2D par le cylindre intégrant IC via quatre fibres optiques dans lequel les quatre entrées associées 11 sont disposées dans un même plan P1 perpendiculaire à l'axe Z et passant par le milieu de la hauteur h dudit cylindre. Les quatre entrées 25 11 sont préférentiellement espacées de 90°. La figure 7a illustre une vue de côté du cylindre IC tandis que la figure 7b illustre une vue en coupe selon le plan P1 tel que défini plus haut. Cette configuration permet d'avoir un champ lumineux dont la distribution des impulsions des photons est la plus isotrope possible dans un plan XY et 30 présente une relativement bonne symétrie en translation suivant l'axe vertical du cylindre. Cette distribution d'impulsion suit la distribution des rayons lumineux dans le cylindre décrite précédemment. Selon une option le système de refroidissement selon l'invention comprend 35 au niveau de Ch2D, quatre aimants permanents disposés à l'extérieur du 18 cylindre IC afin de créer un premier champ magnétique tel que décrit selon l'état de l'art. Ce champ permet, si besoin d'augmenter la collimation du faisceau d'atomes AC2D. Il n'est cependant pas nécessaire à la mise en oeuvre du système de refroidissement. 5 Selon un mode de réalisation le deuxième ensemble est constitué de quatre fibres optiques multimodes OF2, les quatre entrées associées étant disposées de manière à ce que l'intérieur de la sphère soit éclairé de façon uniforme. 10 La figure 8 illustre un exemple de répartition des quatre entrées associées 21 dans lequel deux d'entre elles (non représentées) sont diamétralement opposées et situées sur une droite passant par le centre de la sphère, les deux autres entrées (illustrées figure 8) étant situées dans un plan perpendiculaire à ladite droite et contenant le centre de la sphère. 15 Pour le cas d'un capteur à atomes froids à circuit atomique Atc, celui-ci est disposé dans Ch3D. Dans ce cas, les fibres passant par les entrées 21 pointent vers le centre de la puce atomique Atc. Cette configuration permet que le maximum d'intensité du champ laser soit proche de la puce atomique tout en maintenant une distribution isotrope de l'impulsion des photons du 20 champ laser. Selon un mode de réalisation la sphère intégrante IS présente en outre deux ouvertures 22 illustrées figure 8 permettant le passage d'un faisceau de détection Fdet. Ce faisceau illumine le nuage AC3D qui a été approché du 25 circuit Atc (par un ascenseur magnétique non représenté) pour détecter les atomes par absorption ou par fluorescence (comptage du nombre d'atomes dans différents états pour finaliser la mesure). Selon un mode de réalisation les fibres optiques OF2 sont configurées de 30 sorte que le champ optique à l'intérieur de la sphère présente des tavelures (ou « speckle » en anglais) de grain fin. Par tavelure de grain fin on entend des tavelures dont la taille typique est de quelques fois la longueur d'onde de la lumière utilisée pour le refroidissement. En effet, comme expliqué dans la littérature sur le sujet, des tavelures de 35 grain fin permettent de refroidir davantage d'atomes jusqu'à quelques pK. 19 Selon un mode de réalisation la sphère IS comporte des ouvertures 23 dont une est illustrée figure 8 permettant le passage des connections électriques de la puce atomique ainsi que de l'ascenseur magnétique. Tous les câbles 5 passant par ces ouvertures sont recouverts soit d'un matériel de haute réflectivité soit d'un matériel diffusant et les ouvertures sont de tailles justes suffisantes pour le passage des câbles. Cela est fait pour éviter que des photons soient absorbés dans la sphère ou sortent de la sphère et donc ne contribuent plus au processus de refroidissement. 10 Selon un mode de réalisation deux bobines non représentées permettent de générer une géométrie de champ magnétique identique à celle utilisée pour la phase de refroidissement de AC3D dans l'état de la technique. Ce champ magnétique permet si besoin d'augmenter la densité dans l'espace des 15 phases du nuage d'atomes. Comme il est décrit plus loin le procédé de refroidissement avec le système de refroidissement selon l'invention présente des spécificités. Pour être mis en oeuvre il nécessite l'application d'un champ magnétique homogène dans 20 Ch3D et d'une onde hyperfréquence présentant plusieurs fréquences. Ainsi selon un mode de réalisation le système de refroidissement selon l'invention comprend en outre un dispositif de génération dans la chambre 3D d'un champ magnétique uniforme, et un dispositif de génération, également dans la chambre 3D, d'une onde hyperfréquence présentant une 25 pluralité de fréquences. Par exemple le dispositif de génération du champ magnétique homogène comprend deux bobines 92 utilisées en configuration de Helmholtz disposées à l'extérieur de la sphère intégrante IS (voir plus loin figure 9). 30 Selon un premier exemple le dispositif de génération de l'onde hyperfréquence comprend une antenne disposée à l'intérieur de la chambre 3D. Selon un deuxième exemple, pour un capteur à atomes froids à circuit 35 atomique, le dispositif de génération de l'onde hyperfréquence comprend un 20 guide hyperfréquence planaire 91 disposé sur la puce atomique Atc (voir figure 9 ci-dessous). Selon un autre aspect l'invention concerne un capteur à atomes froids à 5 circuit atomique 50 illustré figure 9 comprenant une source d'atomes S, un système de refroidissement 10 selon l'invention tel que décrit précédemment et un circuit atomique Atc, par exemple en SiC (carbure de silicium) ou AIN (nitrure d'aluminium). 10 Selon une option la source d'atomes S est disposée à l'intérieur de Ch2D, tel qu'illustré figure 9. Selon une autre option les atomes sont injectés dans Ch2D à partir d'une source située dans une chambre additionnelle connectée à la chambre 2D par exemple par l'intermédiaire du conduit 5. 15 Selon une première option illustrée figure 9 le circuit Atc constitue au moins partiellement une des parois de ladite chambre 3D. Selon une deuxième autre option le circuit Atc est disposé à l'intérieur de la chambre 3D. Selon un mode de réalisation le circuit Atc est transparent, et la face n'étant 20 pas du côté de AC3D (face qui n'est pas dans le vide pour la première option) est revêtue d'une couche configurée pour diffuser la lumière, tel du spectralonTM ou d'une couche réfléchissante tel que l'or. On améliore ainsi la distribution isotrope de l'impulsion des photons du champ optique de refroidissement. 25 Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé 90 de refroidissement d'atomes pour un capteur à atomes froids à circuit atomique, tel qu'illustré figure 10. Le capteur comprend une chambre de refroidissement à deux dimensions 30 Ch2D comprenant des atomes 13 à refroidir disposée au moins partiellement à l'intérieur d'un cylindre intégrant présentant un axe Z, le cylindre intégrant IC étant configuré pour illuminer la chambre 2D par une première lumière isotrope IL1. Le capteur comprend également une chambre de refroidissement à trois dimensions Ch3D reliée à la chambre 2D par une 35 ouverture Op configurée pour permettre le passage des atomes de la 21 chambre 2D vers la chambre 3D par déplacement sensiblement selon l'axe Z. La chambre 3D est disposée au moins partiellement à l'intérieur d'une sphère intégrante IS configurée pour illuminer la chambre 3D par une deuxième lumière isotrope IL2. 5 Les atomes 13 à refroidir présentent un premier et un deuxième niveau fondamental, lesdits niveaux étant hyperfins (voir définition plus haut). Comme l'état de la technique le procédé selon l'invention comprend une première phase de refroidissement et une deuxième phase de pompage 10 optique, mais ces phases présentent des spécificités du fait du refroidissement par lumière isotrope. La première phase de refroidissement 100, mise en oeuvre pendant un premier laps de temps T1, consiste à refroidir les atomes et à les mettre dans 15 un des deux états fondamentaux hyperfins, que nous dénommerons F0. Pour le rubidium 87 cet état FO est l'état noté F=2. Typiquement T1 est de l'ordre de 100 ms. Cette première phase comprend une étape 101 d'illumination de la chambre 20 2D et de la chambre 3D par respectivement la première lumière isotrope 11_1 et la deuxième lumière isotrope IL2, ces lumières isotropes présentant une fréquence de refroidissement f - Refroid et une fréquence de repompage fRepomp. Aucune polarisation spécifique des faisceaux n'est nécessaire. Cette phase est mise en oeuvre typiquement en allumant le laser de 25 refroidissement L1 et le laser de repompage L2 qui, via des fibres optiques par exemple, illuminent le cylindre IC et la sphère IS. Par exemple pour le rubidium 87 la fréquence f - Refroid est inférieure à la fréquence de la transition F=2->F'=3 d'une grandeur cl, typiquement comprise entre quelques MHz et une centaine de MHz. La fréquence fRepomp correspond à la transition F=130 >F'=2 (voir figure 4). Préférentiellement pendant la phase de refroidissement, on illumine également la chambre 2D avec un faisceau laser Fp dit « pousseur » selon l'axe Z du cylindre, présentant également la fréquence de refroidissement 35 fRefroid et la fréquence de repompage fRepomp (étape 102 sur la figure 10). 22 Typiquement ce faisceau est issu de la combinaison d'un faisceau issu de L1 et d'un faisceau issu de L2. Il est donc allumé en même temps que IL1 et IL2. 5 Puis on éteint les lumières (IL1, IL2, Fp le cas échéant) pendant un deuxième laps de temps T2, typiquement en éteignant les lasers. Pour obtenir un procédé de refroidissement rapide on cherche à minimiser le temps T2. Typiquement T2 correspond à 100 ps. Typiquement on dispose alors de 109 atomes à environ 100 pK ou quelques 10 pK si la lumière isotrope IL2 comporte des tavelures de grain fin. Après la phase de refroidissement laser (classe 100 pK) les atomes peuplent tous les sous-niveaux Zeeman de l'état fondamental F=2 du rubidium 87. Pour maximiser le nombre d'atomes piégés sur le circuit atomique, il est 15 nécessaire de préparer optiquement les atomes dans un sous-niveau Zeeman particulier ZO. Si cela n'est pas fait une fraction importante (environ 80 % dans le cas du rubidium 87) du nombre d'atomes refroidis seraient perdus pour le second refroidissement (étape d'évaporation radiofréquence sur le circuit Atc, voir état de la technique). 20 Dans le cas du rubidium 87 le sous-niveau Zeeman particulier ZO est le sous-niveau IF=2;mF=-2>. Le procédé selon l'invention comprend donc une deuxième phase de pompage optique 200, mise en oeuvre après avoir éteint les lumières isotropes pendant le deuxième laps de temps T2. Cette deuxième phase 25 étant mise en oeuvre pendant un troisième laps de temps T3 et est destinée à mettre les atomes dans un sous-niveau Zeeman déterminé ZO de l'état fondamental F0. Typiquement le temps T3 est de l'ordre de la milliseconde. Selon l'état de l'art (voir état de la technique et figure 4), pour cette phase de 30 pompage on utilise un champ magnétique homogène (environ 2 Gauss), le laser de repompage (pour le rubidium 87 à résonance sur la transition F=1->F'=2), et la polarisation circulaire droite du laser refroidisseur qui pour le rubidium 87 est déplacé en fréquence pour résonner sur la transition F=2->F'=2. 23 Cependant, cette technique usuelle de pompage optique utilisant des lasers polarisés a+ ne peut plus être utilisée car la sphère et le cylindre intégrants ne préservent pas la polarisation des lasers. Ainsi pour bénéficier des avantages du refroidissement en lumière isotrope, il faut mettre en oeuvre 5 une nouvelle phase de pompage optique. La deuxième phase comprend les étapes suivantes, mise en oeuvre simultanément dans la chambre 3D. Dans une étape 201 on applique un champ magnétique homogène, qui 10 présente les mêmes caractéristiques que le second champ magnétique décrit dans l'état de l'art antérieur. On illumine également (étape 202 sur la figure 10) la sphère intégrante IS avec la deuxième lumière isotrope IL2 présentant uniquement la fréquence de repompage fRepomp. Pour cette étape typiquement on allume le laser 15 repompeur L2, le laser refroidisseur L1 étant éteint. A la place on illumine (étape 203) avec une onde hyperfréquence MW comprenant une pluralité de fréquences de résonance différentes, typiquement comprises entre 5 et 15 GHz. Chaque fréquence du champ hyperfréquence correspond à une fréquence de résonance d'une transition entre un sous-niveau Zeeman du 20 premier niveau fondamental et un sous-niveau Zeeman du deuxième niveau fondamental, de manière à empêcher les atomes de s'accumuler dans les sous-niveaux Zeeman autres que le sous-niveau Zeeman déterminé ZO. Le mécanisme est décrit figure 11 pour le cas du rubidium 87, qui comprend 3 sous-niveaux Zeeman mF = -1, 0 et +1 pour l'état F=1 et 5 sous-niveaux 25 Zeeman mF = -2, -1, 0, +1 et +2 pour l'état F=2. Soit un atome initialement dans un sous-niveau Zeeman IF=2 ;mF=-2> (voir indicateur 30). Il va se diriger vers le bas car son sous-niveau est résonnant avec le sous-niveau IF=1;mF=-1> via la fréquence microonde f1 (indicateur 31). A ce sous-niveau de F=1, il est résonnant avec la fréquence de 30 repompage f - Repomp et remonte dans un niveau F' (indicateur 32) puis se désexcite : soit il redescend d'où il vient et repart vers le bas de la même manière, soit il redescend vers un autre sous-niveau de F=2, par exemple IF=2;mF=0> (indicateur 33). Il va ensuite se diriger vers le bas car son niveau est résonnant avec le sous-niveau IF=1;mF=+1> via la fréquence microonde 35 f3 (indicateur 34). A ce sous-niveau de F=1, il est résonnant avec la 24 fréquence de repompage f - Repomp et remonte dans un niveau F' (indicateur 35) puis se désexcite à nouveau. Et ainsi de suite jusqu'à ce qu'il arrive sur le sous-niveau IF=2;mF=+2> qui n'est résonnant avec aucun sous-niveau de F=1 5 Ce mécanisme permet d'empêcher l'accumulation d'atomes dans les états IF=1;mF=-1,0,1> et IF=2;mF=-2,-1,0,1>. Les atomes sont donc forcés d'aller dans l'état IF=2;m_F=2> (c'est le seul état noir du système) et on obtient donc une accumulation d'atomes sur ce sous-niveau Zeeman IF=2;mF=+2>. 10 Ainsi pour le cas du rubidium la pluralité de fréquence est constituée de quatre fréquences f1, f2, f3, f4 définies telles que : -la première fréquence f1 correspond à la fréquence de la transition IF=1;mF=-1> vers IF=2;mF=-2>, -la deuxième fréquence f2 correspond à la fréquence de la transition 15 IF=1 ;mF=0> vers IF=2;mF=-1>, -la troisième fréquence f3 correspond à la fréquence de la transition IF=1;mF=1> vers IF=2;mF=0>, et -la quatrième fréquence f4 correspond à la fréquence de la transition IF=1;mF=1> vers IF=2;mF=1>. 20 Dans le procédé selon l'invention pour le chargement du piège magnétique on utilise un pompage optique combinant quatre champs microonde et un champ laser dont la polarisation est aléatoire. 25 Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de mesure 190 illustré figure 12 réalisé par un capteur à atomes froids comprenant un circuit atomique Atc disposé à l'intérieur de la chambre 3D ou constituant une des parois de ladite chambre 3D. 30 Le procédé comprend une première étape de refroidissement réalisée par le procédé 90 de refroidissement selon l'invention, puis une étape 93 de transfert des atomes à proximité du circuit atomique avec un ascenseur magnétique, puis une étape 94 de piégeage desdits atomes sur le circuit atomique afin de les refroidir à nouveau (second refroidissement). 25 Ainsi le refroidissement à deux dimensions sert à charger la chambre de refroidissement à trois dimensions Ch3D avec des atomes pré-refroidis. Le refroidissement à trois dimensions permet de refroidir par laser un grand nombre d'atomes (109 atomes à 100 pK en 100 ms) qui sont ensuite 5 transférés dans le sous-niveau Zeeman ZO (étape 200). Puis on allume un ascenseur magnétique permettant de transférer les atomes (étape 93) jusqu'au piège magnétique créé par la puce atomique Atc au voisinage de celle-ci (étape 94). 10 Puis dans une étape 96 une mesure est réalisée par des microcircuits présents sur le circuit atomique AtC. Par exemple pour réaliser une mesure de rotation les atomes sont mis dans une superposition cohérente de deux sous-niveaux Zeeman (notés la> et lb>) qui sont ensuite déplacés le long d'une trajectoire fermée contenant une aire non nulle. la> et lb> sont 15 déplacés dans des directions opposées. A l'issue de cette mesure les atomes au voisinage de la puce peuplent différents sous-niveaux Zeeman selon une répartition fonction du paramètre que l'on souhaite mesurer. 20 Enfin une étape 98 de détection est réalisée et consiste à compter le nombre d'atomes respectifs dans les différents sous-niveaux Zeeman en jeu lors de la mesure précédente. Cette détection est effectuée à l'aide d'un faisceau laser de détection Fdet, qui illumine les atomes 3D situés à proximité du circuit atomique. La détection s'opère REVENDICATIONS1. Système de refroidissement (10) pour capteur à atomes froids comprenant : -une chambre de refroidissement à deux dimensions, dénommée chambre 2D (Ch2D), maintenue sous ultravide et disposée au moins partiellement à l'intérieur d'un cylindre intégrant (IC) présentant un axe Z, ledit cylindre intégrant étant configuré pour illuminer la chambre 2D par une première lumière isotrope (IL1), ladite chambre 2D comprenant des atomes (13) à refroidir, -une chambre de refroidissement à trois dimensions, dénommée chambre 3D (Ch3D), maintenue sous ultra vide et reliée à la chambre 2D par une ouverture (Op) configurée pour permettre le passage desdits atomes (13) de la chambre 2D vers la chambre 3D par déplacement sensiblement selon l'axe Z, ladite chambre 3D étant disposée au moins partiellement à l'intérieur d'une sphère intégrante (IS), ladite sphère intégrante étant configurée pour illuminer la chambre 3D par une deuxième lumière isotrope (IL2). 2. Système de refroidissement selon la revendication 1 dans lequel les atomes (13) sont des atomes de Rubidium. 3. Système de refroidissement selon l'une des revendications précédentes dans lequel la chambre 2D (Ch2D) est en outre configurée pour être illuminée, via un hublot (14), par un faisceau laser (Fp) selon l'axe Z. 4. Système de refroidissement selon l'une des revendications précédentes dans lequel la première (IL1) et la deuxième (IL2) lumière isotrope proviennent respectivement d'un premier et d'un deuxième ensemble de fibres optiques (0F1, OF2) connectées respectivement au cylindre intégrant (IC) et à la sphère intégrante (IS) via des entrées associées (11, 21). 5. Système de refroidissement selon l'une des revendications précédentes dans lequel le premier ensemble est constitué de quatre fibres optiques multimodes (0F1), les quatre entrées associées (11) étant disposées dans 27 un même plan (P1) perpendiculaire à l'axe Z et passant par le milieu de la hauteur (h) dudit cylindre, et étant espacées de 90°. 6. Système de refroidissement selon l'une des revendications précédentes 5 dans lequel le deuxième ensemble est constitué de quatre fibres optiques multimodes (0F2), les quatre entrées associées (21) étant disposées de sorte que deux d'entre elles sont diamétralement opposées et situées sur une droite passant par le centre de la sphère, les deux autres entrées étant situées dans un plan perpendiculaire à ladite droite et contenant le centre de 10 la sphère. 7. Système de refroidissement selon l'une des revendications précédentes dans lequel la sphère intégrante (IC) présente en outre deux ouvertures (22) permettant le passage d'un faisceau de détection (Fdet). 15 8. Système de refroidissement selon l'une des revendications précédentes dans lequel les fibres optiques sont configurées de sorte qu'un champ optique à l'intérieur de la sphère présente des tavelures de grain fin. 20 9. Système de refroidissement selon l'une des revendications précédentes dans lequel la surface interne dudit cylindre intégrant (12) et la surface interne de la sphère intégrante (24) sont chacune soit un miroir à haute réflectivité, soit parfaitement diffusante. 25 10. Système de refroidissement selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre un dispositif (92) de génération d'un champ magnétique uniforme dans la chambre 3D, et un dispositif (91) de génération d'une onde hyperfréquence se propageant dans la chambre 3D, ladite onde hyperfréquence présentant une pluralité de fréquences. 30 11. Capteur à atomes froids (50) à circuit atomique comprenant : -une source d'atomes (S) -un système de refroidissement (10) selon l'une des revendications 1 à 10, -un circuit atomique (Atc) disposé à l'intérieur de la chambre 3D ou 35 constituant au moins partiellement une des parois de ladite chambre 3D. 28 12. Capteur selon la revendication 11 dans lequel le circuit atomique (Atc) constitue au moins partiellement une paroi de la chambre 3D et est transparent, la face n'étant pas dans le vide étant revêtue d'une couche 5 diffusante ou réfléchissante. 13. Procédé (90) de refroidissement d'atomes (13) pour un capteur à atomes froids à circuit atomique, ledit capteur comprenant : -une chambre de refroidissement à deux dimensions, dénommée chambre 10 2D (Ch2D), maintenue sous ultravide et comprenant des atomes (13) à refroidir, ladite chambre 2D étant disposée au moins partiellement à l'intérieur d'un cylindre intégrant présentant un axe Z, ledit cylindre intégrant étant configuré pour illuminer la chambre 2D par une première lumière isotrope, 15 -une chambre de refroidissement à trois dimensions, dénommée chambre 3D (Ch3D), maintenue sous ultra vide et reliée à la chambre 2D par une ouverture configurée pour permettre le passage desdits atomes de la chambre 2D vers la chambre 3D par déplacement sensiblement selon l'axe Z, ladite chambre 3D étant disposée au moins partiellement à l'intérieur 20 d'une sphère intégrante configurée pour illuminer la chambre 3D par une deuxième lumière isotrope, lesdits atomes à refroidir présentant un premier et un deuxième niveau fondamental, lesdits niveaux étant hyperfins, le procédé comprenant: 25 -une première phase de refroidissement (100) mise en oeuvre pendant un premier laps de temps (T1) consistant à refroidir les atomes et à les mettre dans un des deux états fondamentaux hyperfins dénommé F0, comprenant une étape (101) d'illumination de la chambre 2D et de la chambre 3D par respectivement la première et la deuxième lumière isotrope, lesdites lumières 30 isotropes présentant une fréquence de refroidissement tf ,.Refroid) et une fréquence de repompage Repomp), - une deuxième phase de pompage optique (200), mise en oeuvre après avoir éteint les lumières isotropes pendant un deuxième laps de temps (T2), ladite deuxième phase étant mise en oeuvre pendant un troisième laps de 35 temps (T3) et destinée à mettre les atomes dans un sous-niveau Zeeman 29 déterminé (ZO) de l'état fondamental (F0), ladite deuxième phase comprenant les étapes, mises en oeuvre simultanément dans la chambre 3D, consistant à : -appliquer (201) un champ magnétique homogène, 5 -illuminer (202) avec la deuxième lumière isotrope présentant la fréquence de repompage tf v Reponnp), -illuminer (203) avec une onde hyperfréquence présentant une pluralité de fréquences différentes, chaque fréquence correspondant à une fréquence de résonance d'une transition entre un sous-niveau Zeeman du premier 10 niveau fondamental et un sous-niveau Zeeman du deuxième niveau fondamental. 14. Procédé selon la revendication 13 dans lequel, pendant la phase de refroidissement, on illumine également la chambre 2D avec un faisceau laser 15 (Fp) selon l'axe Z du cylindre, présentant la fréquence de refroidissement (fRefroid) et la fréquence de repompage (f v Repomp)- 15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14 dans lequel les atomes (13) à refroidir sont du rubidium 87, les deux niveaux fondamentaux 20 hyperfins étant dénommés F=1 et F=2, le niveau fondamental (F0) étant le niveau F=2 et le sous-niveau Zeeman prédéterminé (ZO) étant le sous-niveau noté IF=2;mF=2>, avec F moment angulaire atomique et mF projection du moment angulaire atomique sur l'axe de quantification, et dans lequel la pluralité de fréquences est constituée de quatre fréquences (f1, f2, f3, f4), 25 avec : une première fréquence (fi) correspondant à la fréquence de la transition IF=1;mF=-1> vers IF=2;mF=-2>, une deuxième fréquence (f2) correspondant à la fréquence de la transition IF=1;mF=0> vers IF=2;mF=-1>, 30 une troisième fréquence (f3) correspondant à la fréquence de la transition IF=1;mF=1> vers IF=2;mF=0>, et une quatrième fréquence (f4) correspondant à la fréquence de la transition IF=1;mF=1> vers IF=2;mF=1>. 30 16. Procédé de mesure (190) réalisé par un capteur à atomes froids comprenant un circuit atomique (Atc) disposé à l'intérieur de la chambre 3D ou constituant une des parois de ladite chambre 3D, ledit procédé comprenant : 5 -une étape de refroidissement réalisée par le procédé (90) de refroidissement selon l'une des revendications 13 à 15, -une étape (93) de transfert des atomes à proximité du circuit atomique avec un ascenseur magnétique, -une étape (94) de piégeage desdits atomes sur le circuit atomique afin de 10 les refroidir à nouveau, -une étape (96) de mesure réalisée par des microcircuits présents sur le circuit atomique (Atc), -une étape (98) de détection réalisée à l'aide d'un faisceau laser de détection qui illumine lesdits atomes 3D situés à proximité du circuit atomique. 15