Brevet FR3089646A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : MICRO-HORLOGE ATOMIQUE ET PROCEDE DE REGULATION ASSOCIE Domaine technique [0001] L'invention concerne une micro-horloge atomique, c'est-à-dire une horloge asservie sur une référence atomique. L'invention concerne également le procédé de régulation de cette micro-horloge atomique. [0002] Contrairement aux horloges atomiques de très haute précision, les micro-horloges atomiques présentent généralement un volume de l'ordre de 15 cm3, une puissance de consommation de l'ordre des centaines de mW pour une stabilité relative de fréquence de l'ordre de quelques 10 " à une journée d'intégration. [0003] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour former un signal d'horloge d'un module de synchronisation temporelle ou fréquentielle, qui pourrait être utilisé dans les systèmes GNSS, pour « Global Navigation Satellite System » dans la littérature anglo-saxonne, aussi bien que dans des réseaux de capteurs ou de communication. [0004] Outre la formation d'un signal d'horloge à fréquence fixe pour un module de syn- chronisation temporelle ou fréquentielle, l'invention peut également être utilisée pour former un signal d'horloge dont la fréquence est variable en fonction de conditions extérieures. La micro-horloge atomique peut ainsi être utilisée pour former un capteur sensible aux conditions extérieures, tel qu'un magnétomètre ou un gyromètre. Art antérieur [0005] Une micro-horloge atomique est un dispositif qui vise à fournir une fréquence stable au moyen d'un oscillateur local dont la fréquence d'oscillation est corrigée au cours du temps afin d'en compenser les dérives. Par exemple, l'oscillateur local peut correspondre à un quartz alimenté par une source de tension commandée de type VCO, pour « Voltage Controlled Oscillator » dans la littérature anglo-saxonne. [0006] Pour garantir que le quartz fournisse une fréquence constante, par exemple 10 MHz, cette fréquence est asservie sur une transition atomique en utilisant le phénomène physique de piégeage cohérent de population, également connu sous l'acronyme CPT pour « coherent population trapping » dans la littérature anglo-saxonne. [0007] La figure 1, de l'état de la technique, illustre un montage d'asservissement atomique d'une tension de réglage Ta de la fréquence d'un oscillateur de type VCO 11, c'est-à-dire une horloge CPT 100. [0008] Cette horloge CPT 100 comporte une diode laser 12 de type VCSEL, pour « Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser » dans la littérature anglo-saxonne. Le courant 2 de cette diode laser 12 est modulé en fréquence en fonction de la fréquence d'un signal S0 en sortie de l'oscillateur 11. Un multiplicateur de fréquence 20 permet de multiplier la fréquence du signal S °pour atteindre une fréquence de modulation !proche de la moitié de l'écart en fréquence entre les deux sous-niveaux fondamentaux de l'atonie alcalin utilisé. Tel qu'illustré sur la figure 2a, le courant d'alimentation I(t) de la diode laser 12 prend la forme d'un signal sinusoïdal avec un décalage I 0 , une période T 1 et une amplitude A . Cc courant d'alimentation peut s'écrire sous la forme : [0009] [Math.1] /(t) = /0 +ASin( 2 Trft) avec f [0010] Tel qu'illustré sur la figure 2b, le rayonnement optique P ne en sortie de cette diode laser 12 présente ainsi une porteuse f o et deux bandes latérales optiques f p , fz de premier ordre configurées pour connecter deux sous-niveaux d'énergie distincts d'un état fondamental d'atomes ou de molécules, contenus dans une cellule d'absorption 15, à un état excité commun. La fréquence de la porteuse f0 est de l'ordre de 335 THz pour une cellule contenant des atomes de césium et l'écart entre les deux bandes latérales optiques f , f 2 est égale à deux fois la fréquence de modulation f du courant d'alimentation I(t) de la diode laser 12. Dans ccttc configuration spécifique, il se produit le phénomène de piégeage cohérent de populations et les espèces présentes dans la cellule d'absorption 15 ne sont plus capables d'absorber le rayonnement issu de la diode laser 12 à une fréquence spécifique. [0011] Par exemple, pour des atomes de césium, cette fréquence spécifique est exactement de 9,192 631 770 GHz alors que, pour le rubidium Rb87, ccttc fréquence est plus proche de 6,834 GHz. [0012] Ainsi, tel qu'illustré sur la figure 2c, la transmission T r du rayonnement optique P fie à travers la cellule présente une résonance lorsque la fréquence de modulation f est accordée sur la moitié de la fréquence spécifique de connexion des sous-niveaux fondamentaux d'énergie des atonies de la cellule d'absorption 15 à un niveau excité commun. [0013] En sortie de la cellule d'absorption 15, une photodiode 16 capte la lumière et délivre un signal S D qui varie en fonction de l'aptitude de la cellule d'absorption 15 à transmettre le rayonnement optique P oe de la diode laser 12. Ce signal S D est utilisé dans deux boucles d'asservissement du courant d'alimentation I(t) de la diode laser 12. [0014] Une première boucle d'asservissement 19 utilise un premier détecteur synchrone 17 pour détecter l'amplitude du signal S D au niveau d'un fond de creux d'absorption optique et régler le décalage I 0 du courant d'alimentation I(t) . [0015] Au sens de l'invention, un détecteur synchrone correspond à un dispositif, analogique ou numérique, permettant d'extraire une information, présente au niveau 3 d'une bande de fréquences particulières, dans un signal bruité et large spectre. [0016] Pour ce faire, un signal sinusoïdal issu du détecteur synchrone et dont la fréquence, l'amplitude et la phase sont parfaitement connues, est injecté dans le système par le biais du courant d'alimentation du laser dans le cas présent. Ainsi, le signal à traiter, correspondant au signal en sortie de la photodiode dans le cas d'espèce, comporte la réponse du système à ce signal de modulation. Le signal résultant est ensuite démodulé autour de la fréquence du signal sinusoïdal de modulation. Il s'ensuit que le signal en sortie du détecteur synchrone 17 présente les variations du signal en sortie de la photodiode pour la fréquence particulière du signal sinusoïdal de modulation. Ce premier détecteur synchrone 17 est, par exemple, réglé sur une fréquence de modulation de l'ordre de 100 kHz. [0017] Une seconde boucle d'asservissement règle la tension de réglage Ta de la fréquence d'un oscillateur de type VCO 11, lui-même réglant la fréquence de modulation f du courant d'alimentation 14) par l'intermédiaire du multiplicateur de fréquence 20. Pour ce faire, cette seconde boucle d'asservissement utilise un second détecteur synchrone 18 pour détecter l'amplitude du signal S D au niveau d'un pic de transmission disposé dans le fond de creux d'absorption. Ce second détecteur synchrone 18 doit présenter une fréquence de modulation distincte de la fréquence de modulation du premier détecteur synchrone 17. Par exemple, ce second détecteur synchrone 18 peut utiliser une fréquence de modulation de 1 kHz. [0018] Outre ces éléments principaux d'une micro-horloge atomique, il est également préférable d'utiliser des fonctions optiques entre la diode laser 12 et la cellule d'absorption 15 afin d'obtenir une polarisation circulaire et une puissance désirée du faisceau laser en entrée de la cellule d'absorption 15. Ainsi, la diode laser 12 et la cellule d'absorption 15 peuvent être reliées par un filtre à densité neutre 13 et une lame quart d'onde 14. [0019] Pour réduire la largeur du pic de résonance du piégeage cohérent de populations dans la cellule d'absorption 15, et ainsi améliorer la stabilité de l'horloge, les atomes à piéger sont dilués par une pression de gaz tampon. En outre, une bobine est disposée autour de la cellule d'absorption 15 pour créer un champ magnétique statique B sous la commande d'un générateur 22 afin de séparer les sous-niveaux Zeeman des atomes et isoler la transition idoine dite d'horloge. Cette transition, dite d'horloge, est insensible au premier ordre au champ magnétique, avec une sensibilité de l'ordre de 427 Hz/G' alors que les sous-niveaux Zeeman adjacents présentent une sensibilité aux champs magnétiques de l'ordre de 700 kHz/G. Un blindage magnétique 24 entoure l'ensemble et limite l'influence des perturbations magnétiques environnantes. [0020] Un autre élément essentiel à la stabilité du phénomène atomique est la régulation en température de la diode laser 12. De manière classique, tel qu'illustré sur la figure 1, cette régulation en température est réalisée par un organe de stabilisation en température 21 suivant une consigne de température précise T " afin que la diode laser 12 fonctionne à une température de régulation T reg la plus précise possible. [0021] Cependant, malgré la régulation en température réalisée, la température extérieure induit des infimes variations dans la température de régulation T ecg de la diode laser 12 qui limitent la stabilité relative en fréquence à moyen ou long terme, c'est-à-dire pour un temps d'intégration supérieur à 100-1000 s, d'une micro-horloge atomique. [0022] Pour réduire l'influence des températures extérieures sur la régulation en température de la diode laser, il est connu du brevet américain US 6,9127,636 de fabriquer une table ou un algorithme reliant la température extérieure avec une température de régulation spécifique de la diode laser. Pour ce faire, lors de la réalisation d'une micro horloge atomique, une phase de calibration en chambre environnementale vise à déterminer les relations optimales entre les différentes températures extérieures possibles et une consigne de température de régulation permettant de négliger l'influence de la température extérieure sur le fonctionnement de la micro-horloge atomique. [0023] Au cours du fonctionnement de la micro horloge atomique, la température extérieure peut être mesurée directement via un capteur de température, ou extrapolée via la puissance optique mesurée par la photodiode, afin de déterminer la consigne de régulation à appliquer sur la diode laser. Cependant, au cours de la vic de la micro-horloge atomique, une dérive peut exister entre la mesure de la température extérieure et la consigne appliquée, par exemple due à une dérive ou un vieillissement des composants ou de l'électronique de régulation. [0024] Le problème technique de l'invention est d'obtenir une micro-horloge atomique dont la consigne de régulation en température permette un piégeage cohérent de population indépendamment de la température extérieure et du vieillissement des composants utilisés, ce pendant toute la durée de vie de la micro horloge atomique et en rendant plus simple et robuste le procédé de fabrication, c'est-à-dire sans étape de calibration. Exposé de l'invention [0025] L'invention est issue d'une découverte selon laquelle la dérive en fréquence d'une micro-horloge atomique, ainsi que le signal moyen en sortie de photodiode, sont fortement corrélés aux variations de la température extérieure. En effet, les fluctuations de températures provoquent des fluctuations dans la répartition d'énergie au sein du rayonnement lumineux nécessaire à l'excitation de la transition d'horloge. [0026] Ces fluctuations induisent un déséquilibre du schéma de piégeage cohérent de po- pulations et provoquent notamment une variation de l'amplitude du fond de creux d'absorption CPT mesurée en sortie de la photodiode. [0027] Pour répondre à ce problème technique, l'invention propose d'extraire l'amplitude moyenne au niveau du fond de creux d'absorption et d'asservir la consigne de température de la diode laser pour maintenir constant le niveau du fond du creux d'absorption. Ce faisant, l'invention propose d'ajouter une nouvelle boucle d'asservissement qui permet de contrôler la température de consigne du régulateur thermique de la diode laser de sorte à considérablement atténuer voire supprimer l'influence de la température extérieure. [0028] A cet effet, l'invention concerne une micro-horloge atomique comportant : - un oscillateur apte à générer un signal d'horloge dont la fréquence est réglée par une tension de réglage ; - une diode laser dont un courant d'alimentation est configuré pour émettre un champ optique hi-chromatique ; - une cellule d'absorption contenant une vapeur saturée d'un métal alcalin sujet au phénomène de piégeage cohérent de populations lorsque ledit métal alcalin et soumis audit champ optique hi-chromatique de ladite diode laser ; - une photodiode configurée pour détecter une puissance lumineuse en sortie de ladite cellule d'absorption ; et - des moyens de régulation en température de ladite diode laser. [0029] Le courant d'alimentation de la diode laser est réglé par deux boucles d'asservissement : - une première boucle d'asservissement comportant un régulateur d'un décalage dudit courant d'alimentation de ladite diode laser commandé en fonction d'une amplitude d'un signal en sortie de ladite photodiode au niveau d'un fond de creux d'absorption ; et - une seconde boucle d'asservissement permettant de réguler une fréquence de modulation dudit courant d'alimentation de ladite diode laser en fonction d'une amplitude dudit signal en sortie de ladite photodiode au niveau d'un pic de transmission disposé dans ledit fond de creux d'absorption ; ladite régulation de ladite fréquence de modulation étant obtenue en modifiant ladite tension de réglage dudit oscillateur en fonction dudit signal d'horloge ; [0030] - lesdits deux boucles d'asservissement comportant des modules de détection synchrones dudit signal en sortie de ladite photodiode ; lesdits modules de détection synchrones présentant des fréquences de modulation distinctes. [0031] L'invention se caractérise en ce que ladite micro-horloge atomique présente une troisième boucle d'asservissement comportant un régulateur d'une consigne desdits moyens de régulation en température de ladite diode laser commandé en fonction de ladite amplitude dudit signal en sortie de ladite photodiode. [0032] Ledit régulateur est configuré pour réguler ladite consigne desdits moyens de ré- gulation en température afin que ladite amplitude dudit signal en sortie de ladite 6 photodiode corresponde à une amplitude de référence mesurée dans les conditions réelles de fonctionnement de ladite micro-horloge atomique. [0033] L'invention permet ainsi de réguler la température de la diode laser directement par l'intermédiaire du signal en sortie de la photodiode sans mesure directe ou indirecte de la température extérieure. [0034] Il s'ensuit que la fréquence optique du signal en sortie de la diode laser est ex- trêmement stable. La stabilité de la fréquence du signal de sortie peut classiquement être utilisée pour former un signal d'horloge d'un module de synchronisation temporelle ou fréquentielle grâce à l'utilisation de la transition dite d'horloge. En variante, cette horloge atomique peut être utilisée pour détecter des variations de conditions extérieures et former un capteur, tel qu'un magnétomètre ou un gyromètre. [0035] Par exemple, dans le cas d'un magnétomètre, il est possible de ne pas utiliser un blindage magnétique autour de la cellule d'absorption de sorte que les atomes de la cellule d'absorption voient les champs magnétiques environnants. [0036] Les sous-niveaux Zeeman adjacents aux sous-niveaux dits d'horloge présentant une sensibilité accrue aux champs magnétiques, il est possible de venir exciter les transitions impliquant ces sous-niveaux Zeeman. [0037] Lorsqu'une transition Zeeman sensible au champ magnétique est utilisée, les boucles de l'horloge atomique vont automatiquement synchroniser le signal de l'oscillateur local pour suivre en fréquence cette transition atomique. Ainsi le signal de correction de l'oscillateur local est directement image des variations du champ magnétique environnant. Basiquement dans le cas d'un magnétomètre, nous avons une horloge instable sensible aux champs magnétiques. [0038] Des applications analogues peuvent être réalisées pour former un gyromètre. [0039] L'invention permet également d'améliorer le vieillissement de l'horloge atomique en limitant les dérives de la diode laser. En effet, le fait de stabiliser la diode laser avec la troisième boucle de régulation permet de compenser des dérives de la diode laser, autres que la dérive en température, qui influent sur le vieillissement. Par exemple, le courant d'alimentation de la diode laser dérive au cours du temps lors du vieillissement de la diode laser et la troisième boucle permet de limiter les effets de cette dérive. [0040] Pour ce faire, l'invention propose de mesurer une amplitude de référence à une tem- pérature de consigne prédéterminée et de réguler la consigne de température pour que l'amplitude mesurée en sortie de la photodiode corresponde à l'amplitude de référence. L'amplitude de référence peut être mesurée au démarrage ou lors du fonctionnement de la micro-horloge. [0041] Ainsi, cette régulation sur l'amplitude de référence permet d'éviter une mesure de la température extérieure. [0042] Par rapport à l'état de la technique, l'invention permet d'éliminer l'étape de ca- 7 libration réalisée dans une chambre environnementale pour déterminer les relations entre les différentes températures extérieures possibles et la consigne de température. Ainsi, le processus de fabrication est grandement simplifié. [0043] En outre, l'invention permet de réguler plus efficacement la température de la diode laser en absorbant les variations de la température extérieure par la boucle d'asservissement de la température. [0044] Même avec une isolation thermique particulièrement performante, la température ex- térieure provoque toujours de légères fluctuations au sein de la diode laser au cours du temps. Ces fluctuations induisent une variation de l'impédance d'entrée de la diode laser et modifient la puissance micro-onde réellement absorbée pour la diode laser. [0045] Ceci induit une variation de la répartition de puissance des bandes optiques et donc du spectre optique de sortie mais aussi de la puissance et de la fréquence laser. [0046] Ainsi, la correction des variations induites par la température extérieure sur la diode laser par l'intermédiaire de la troisième boucle de régulation permet d'atténuer de manière significative les variations de puissance et de fréquence de la diode laser induisant des dérives de la fréquence de l'horloge sur des temps d'intégration long, c'est-à-dire sur des durées supérieures à 1000 s. [0047] Les dérives de la fréquence de l'horloge ducs aux variations de la température ex- térieure apparaissant sur des temps longs, il est donc possible d'utiliser une fréquence très faible pour la troisième boucle d'asservissement comparativement aux fréquences de modulation des autres boucles d'asservissement pour ne pas impacter les détections réalisées pour les autres boucles d'asservissement. [0048] Ainsi, sans même utiliser un module de détection synchrone, la troisième boucle peut être implémentée directement avec un correcteur proportionnel ou un correcteur proportionnel intégral. [0049] En variante, la troisième boucle d'asservissement comporte un module de détection synchrone dont la fréquence de modulation est au moins 10 fois inférieure, voire au moins 100 fois inférieure, aux fréquences de modulation des deux autres modules de détection synchrone. [0050] Outre la régulation thermique de la diode laser, le régulateur peut être configuré pour réguler une consigne de température d'un moyen de régulation en température de ladite cellule d'absorption. [0051] Ce mode de réalisation permet également de limiter l'influence de la température ex- térieure sur le fonctionnement de la cellule d'absorption. [0052] En effet, bien que l'utilisation dans la cellule d'absorption d'un gaz tampon rende la cellule d'absorption insensible aux variations de température du premier ordre autour d'une température dite d'inversion, ce mode de réalisation améliore encore le fonctionnement du gaz tampon. 8 [0053] En outre, pour réduire la sensibilité de la diode laser aux variations de la puissance micro-onde pilotant la diode laser, il est possible d'utiliser une puissance micro-onde d'annulation du déplacement lumineux pour laquelle la sensibilité de la fréquence d'horloge aux variations de puissance laser est annulée au premier ordre. [0054] Pour réguler cette puissance micro-onde d'annulation du déplacement lumineux, il est possible d'utiliser un modulateur de puissance optique externe à la diode laser, par exemple de type lame à cristaux liquides configure pour moduler la puissance optique à une fréquence d'environ 10-15 Hz et une profondeur de modulation de l'ordre de 10 %. [0055] Cette modulation de puissance optique, via le phénomène de déplacement lumineux lors du passage du faisceau dans la cellule, se traduit par une modulation de la fréquence d'horloge, détectable directement sur le signal d'horloge en sortie de la seconde boucle d'asservissement de l'oscillateur. [0056] Ainsi, pour réduire la sensibilité de la diode laser aux variations de la puissance micro-onde pilotant la diode laser, un mode de réalisation de l'invention propose d'utiliser une quatrième boucle d'asservissement comportant un régulateur d'une amplitude de modulation dudit courant d'alimentation de ladite diode laser commandé en fonction de ladite amplitude dudit signal en sortie de ladite photodiode au niveau dudit fond de creux d'absorption ; ladite quatrième boucle d'asservissement comportant un module de détection synchrone dont la fréquence de modulation est distincte des fréquences de modulation des autres boucles d'asservissement. [0057] Cette quatrième boucle d'asservissement permet de maintenir la puissance micro- onde reçue par la diode laser à une valeur qui minimise la valeur du fond du creux d'absorption. [0058] De préférence, les modules de détection synchrones fonctionnent à des fréquences de modulation très distantes les unes des autres de sorte à faciliter l'extraction des informations pertinentes relatives à chaque boucle d'asservissement. Par exemple, ledit module de détection synchrone de la première boucle peut correspondre à un module analogique et le module de détection synchrone de la seconde boucle peut comporter un module analogique associé à un module d'acquisition de données suivi d'un circuit de traitement numérique. [0059] En utilisant une conversion analogique/numérique suivi d'une conversion numérique/analogique pour la seconde boucle d'asservissement, il est possible d'implémenter des fonctions numériques entre ces conversions. Par exemple, il est possible d'implémenter une fonction de création d'une rampe utilisée lors de l'initialisation de la micro-horloge atomique pour détecter le point de fonctionnement CPT. [0060] En outre, en utilisant cette transformation analogique numérique, ledit module de 9 détection synchrone de la quatrième boucle peut correspondre à un module numérique connecté audit module d'acquisition de données. [0061] Selon un mode de réalisation de l'invention, la fréquence de modulation du module de détection synchrone de ladite première boucle d'asservissement est comprise entre 20 et 200 kHz ; la fréquence de modulation du module de détection synchrone de ladite seconde boucle d'asservissement est comprise entre 1 et 5 kHz ; et la fréquence de modulation du module de détection synchrone de ladite quatrième boucle d'asservissement est comprise entre 0,1 et 0,05 Hz. [0062] Selon un second aspect de l'invention, l'invention concerne un procédé de régulation en température d'une micro-horloge atomique selon le premier aspect de l'invention comportant les étapes suivantes : - mesure, dans les conditions réelles de fonctionnement de ladite micro-horloge atomique, d'une amplitude de référence dudit fond de creux en sortie de ladite photodiode pour une température de régulation prédéterminée imposée à ladite diode laser ; - mesure, au cours du temps, de ladite amplitude dudit signal en sortie de ladite photodiode au niveau dudit fond de creux d'absorption ; et - modification d'une température de ladite consigne desdits moyens de régulation en température lorsque ladite amplitude dudit signal en sortie de ladite photodiode mesurée diffère de ladite amplitude de référence. [0063] De préférence, ladite mesure de ladite amplitude de référence est réalisée au démarrage de ladite micro-horloge atomique. [0064] De plus, cette mesure peut être mise à jour après une durée de fonctionnement prédé- terminée par rapport à un instant d'une précédente mesure de ladite amplitude de référence. [0065] Ce procédé de régulation permet d'obtenir facilement une température de régulation afin de limiter les possibilités de dérive en température de la diode laser. Description sommaire des figures [0066] La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent, res- sortiront bien du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais non limitatif, à l'appui des figures annexées dans lesquelles les figures 1 à 7 représentent : [0067] [fig.1] La figure 1 est une représentation schématique des éléments structurels d'une horloge atomique selon l'état de la technique ; [0068] [fig.2a] [0069] [fig.2b] [0070] [fig.2c] Les figures 2a à 2c sont une représentation graphique de trois signaux cai-acté- ristiques de l'horloge atomique de la figure 1 ; [0071] [fig.3] La Figure 3 est une représentation schématique des éléments structurels d'une horloge atomique selon un premier mode de réalisation de l'invention ; [0072] [fig.4] La figure 4 est une représentation schématique des éléments structurels d'une horloge atomique selon un second mode de réalisation de l'invention ; [0073] [fig.5] La figure 5 est une représentation schématique des éléments structurels d'une horloge atomique selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; [0074] [fig.6] La figure 6 est une représentation schématique des éléments structurels d'une horloge atomique selon un quatrième mode de réalisation de l'invention ; et [0075] [fig.7] La figure 7 est une représentation graphique des déviations d'Allan de l'horloge atomique de la figure 3 par rapport à l'horloge atomique de la figure 1. Description détaillée de l'invention [0076] Tel que décrit en référence à la figure 1, de l'état de la technique, la figure 3 illustre un montage d'asservissement atomique d'une tension de réglage T' de la fréquence d'un oscillateur de type VCO 11. Le but de ce montage est de fournir un signal S 0 dont la fréquence est la plus stable possible. Dans la suite de la description, l'ensemble de ce montage est appelé horloge CPT pour faire référence au phénomène physique de piégeage cohérent de population. Cette horloge CPT 10a intègre une diode laser 12 de type VCSEL ou tout autre type de diode laser 12 apte à émettre un champ optique hi-chromatique. Le courant de cette diode laser 12 est modulé en fréquence en fonction de la fréquence du signal S n en sortie de l'oscillateur 11. Un multiplicateur de fréquence 20 permet de multiplier la fréquence du signal S g pour atteindre une fréquence de modulation f proche de la moitié de l'écart en fréquence des deux sous-niveaux fondamentaux de l'atome alcalin utilisé. [0077] Tel qu'illustré sur la figure 2a, le courant d'alimentation I(t) de la diode laser 12 prend la forme d'un signal sinusoïdal avec un décalage/o, une période T r et une amplitudeA . Ce courant d'alimentation peut s'écrire sous la forme : [0078] [Math.2] I(t) Io+Asin(cot) avec cc - 27-7T 100791 Tel qu'illustré sur la figure 2h, le rayonnement optique P op, en sortie de cette diode laser 12 présente ainsi une porteuse f o et deux bandes latérales optiques f 1 , f , de premier ordre configurées pour connecter deux sous-niveaux d'énergie distincts d'un 11 état fondamental d'atomes ou de molécules, contenus dans une cellule d'absorption 15, à un état excité commun. [0080] La fréquence de la porteuse fo est de l'ordre de 335 THz pour une cellule contenant des atomes de césium et la distance entre les deux bandes latérales optiques f 1 , f2 est égale à deux fois la fréquence de modulation f du courant d'alimentation /(t) de la diode laser 12. [0081] Dans cette configuration spécifique, il se produit le phénomène de piégeage cohérent de populations et les espèces présentes dans la cellule d'absorption 15 ne sont plus capables d'absorber le rayonnement issu de la diode laser 12 à une fréquence spécifique. Par exemple, pour des atomes de césium, cette fréquence spécifique est exactement de 9,192 631 770 GHz alors que, pour le rubidium Rh87, cette fréquence est plus proche de 6,834 GHz. [0082] Ainsi, tel qu'illustré sur la figure 2c, la transmission T,. du rayonnement optique P à travers la cellule présente une résonnance lorsque la fréquence de modulation f est accordée sur la moitié de la fréquence spécifique de connexion dès sous-niveaux d'énergie dès atonies de la cellule d'absorption 15. [0083] En sortie de la cellule d'absorption 15, une photodiode 16 capte la lumière et délivre un signal S D qui varie en fonction de l'aptitude de la cellule d'absorption 15 à transmettre le rayonnement optique P 0,' de la diode laser 12. Ce signal S D est utilisé dans deux boucles d'asservissement du courant d'alimentation 1(t) de la diode laser 12. [0084] Une première boucle d'asservissement 19 utilise un premier détecteur synchrone 17 pour détecter l'amplitude du signal S D au niveau d'un fond de creux d'absorption et régler le décalage I 0 du courant d'alimentation/(t). Au sens de l'invention, un détecteur synchrone correspond à un dispositif, analogique ou numérique, permettant d'extraire une information, présente au niveau d'une bande de fréquences particulières, dans un signal bruité et large spectre. [0085] Pour ce faire, un signal sinusoïdal issu du détecteur synchrone et dont la fréquence, l'amplitude et la phase sont parfaitement connues, est injecté dans le système par le biais du courant d'alimentation du laser dans le cas présent. Ainsi, le signal à traiter, correspondant au signal en sortie de la photodiode dans le cas d'espèce, comporte la réponse du système à ce signal de modulation. [0086] Le signal résultant est ensuite démodulé autour de la fréquence du signal sinusoïdal de modulation. Il s'ensuit que le signal en sortie du détecteur synchrone 17 présente les variations du signal en sortie de la photodiode pour la fréquence particulière du signal sinusoïdal de modulation. [0087] Ce premier détecteur synchrone 17 est, par exemple, réglé sur une fréquence de mo- dulation comprise entre 20 et 200 kHz. De préférence, ce premier détecteur synchrone 17 correspond à un détecteur analogique mais il est possible d'utiliser un détecteur 12 numérique sans changer l'invention. Dc manière générale, tous les détecteurs synchrones 17, 18, 25 et 27 des différents modes de réalisation peuvent correspondre à des détecteurs opérant dans le domaine analogique ou dans le domaine numérique. [0088] Une seconde boucle d'asservissement règle la tension de réglage Ta de la fréquence d'un oscillateur de type VCO 11, lui-même réglant la fréquence de modulation f du courant d'alimentation I(t) par l'intermédiaire du multiplicateur de fréquence 20. Pour ce faire, cette seconde boucle d'asservissement utilise un second détecteur synchrone 18 pour détecter l'amplitude du signal SD au niveau d'un pic de transmission disposé dans le fond de creux d'absorption. [0089] Cc second détecteur synchrone 18 doit présenter une fréquence de modulation distincte de la fréquence de modulation du premier détecteur synchrone 17. Par exemple, ce second détecteur synchrone 18 peut utiliser une fréquence de modulation comprise entre 1 et 5 kHz. [0090] Cc second détecteur synchrone 18 peut correspondre à un détecteur analogique di- rectement connecté sur le signal de sortie S n de la photodiode 16, tel qu'illustré sur les figures 3, 4 et 5, mais il est possible d'utiliser un détecteur numérique sans changer l' invention. [0091] Dc manière générale, tous les détecteurs synchrones 17, 18, 25 et 27 des différents modes de réalisation peuvent correspondre à des détecteurs opérant dans le domaine analogique ou dans le domaine numérique. [0092] Tel qu'illustré sur la figure 6, le signal de sortie S D de la photodiode 16 peut être injecté dans un module d'acquisition de données 30 permettant un traitement numérique 31 avant d'attaquer un détecteur synchrone 18 analogique ou un détecteur synchrone 27 numérique. En effet, lorsque le signal de sortie S D de la photodiode 16 est numérisé, il est possible de réaliser des traitements numériques, tels que des filtrages de bruit. [0093] En outre, le circuit de traitement numérique 31 peut également intégrer des fonctions préprogrammées, par exemple une fonction de création d'une rampe de tension utilisée lors du démarrage de l'horloge atomique 10d. [0094] Dans cet exemple, la première boucle est utilisée pour détecter le phénomène CPT et la seconde boucle est déconnectée de la sortie S D de la photodiode 16. En appliquant une rampe de tension sur la tension de réglage T de la fréquence d'un oscillateur de type VCO 11, il est possible de détecter un maximum dans l'apparition du phénomène CPT pour une tension de réglage T' donnée de cette rampe. [0095] Cette tension de réglage T' est ensuite utilisée comme première tension lorsque la seconde boucle est activée. [0096] Outre ces éléments principaux d'une micro-horloge atomique, il est également préférable d'utiliser des fonctions optiques entre la diode laser 12 et la cellule 13 d'absorption 15 afin d'obtenir une polarisation circulaire et une puissance désirée au laser en entrée de la cellule d'absorption 15. Il existe de multiple possibilité de gérer le flux optique de la diode laser 12. Il est possible que ce flux optique soit directement injecté dans la cellule d'absorption 15 en utilisant directement une polarisation linéaire ou un polariseur. En variante, la diode laser 12 et la cellule d'absorption 15 peuvent être reliées par une lentille, un filtre à densité neutre 13 et/ou une lame quart d'onde 14 [0097] Une lentille peut être utilisée pour collimater le faisceau en sortie de la diode laser 12 de sorte à réduire la distance entre la diode laser 12 et la cellule d'absorption 15. Un filtre à densité neutre 13 permet de réduire la luminosité du flux lumineux issu de la diode laser 12 tout en produisant un faisceau laser au diamètre suffisamment important. Une lame quart d'onde 14 permet, quant à elle, de régler le déphasage du flux lumineux et d'améliorer l'amplitude et la stabilité du signal observé par la phénomène CPT. Ainsi, de multiples composants optiques peuvent être utilisé sans changer l'invention. [0098] Pour réduire la largeur du pic de résonance du piégeage cohérent de population dans la cellule d'absorption 15, et ainsi améliorer la stabilité de l'horloge, les atomes à piéger sont dilués par une pression de gaz tampon. En outre, une bobine est disposée autour de la cellule d'absorption 15 pour créer un champ magnétique statique B sous la commande d'un générateur 22 afin de séparer les sous-niveaux Zeeman des atomes et isoler la transition idoine dite d'horloge. [0099] Dans le cas d'un signal de sortie utilisé pour former un signal d'horloge d'un module de synchronisation temporelle ou fréquentielle, un blindage magnétique 24 entoure l'ensemble et limite l'influence des perturbations magnétiques environnantes. En variante, ce blindage peut être retiré pour former un capteur, tel qu'un magnétomètre. Un autre élément essentiel à la stabilité du phénomène atomique est la régulation en température de la diode laser 12. Cette régulation en température est réalisée par un organe de stabilisation en température 21 suivant une consigne de température précise T c,a,. afin que la diode laser 12 fonctionne à une température de régulation T reg la plus précise possible. [0100] Selon l'invention, cette consigne de température T cya,. est commandée par une troisième boucle d'asservissement comportant un régulateur 26a. Le régulateur 26a fait varier la consigne de température T (7,2,. en fonction de l'amplitude du signal S D en sortie de la photodiode 16 de sorte que l'amplitude corresponde à une amplitude de référence A ret mesurée dans les conditions réelles de fonctionnement. [0101] Par exemple, suite à la séquence de démarrage précédemment décrite, l'amplitude du signal S D en sortie de la photodiode 16 peut être mesurée et la valeur de référence A n., peut correspondre à cette amplitude mesurée. En outre, cette amplitude de référence A 14 'f peut être mise à jour régulièrement, par exemple une fois par heure, par jour ou par mois. [0102] Dans le cas des figures 3, 5 et 6, le régulateur est directement connecté sur le signal S D en sortie de la photodiode 16. [0103] En variante, tel qu'illustré sur la figure 4, le régulateur de la micro-horloge atomique 10b peut être commandé par un module de détection synchrone 25. Dans ce mode de réalisation, la fréquence de modulation du module de détection synchrone 25 est au moins 10 fois inférieure aux fréquences de modulation des deux modules de détection synchrone 17 et 18 des deux premières boucles. De préférence, la fréquence de modulation du module détection synchrone 25 est au moins 100 fois inférieure aux fréquences de modulation des deux autres modules de détection synchrone 17 et 18. En effet, les phénomènes de dérive en température apparaissent sur des temps très longs et il n'est pas nécessaire de relever, avec une fréquence trop importante, la valeur en sortie de la photodiode 16 pour corriger cette dérive en température. [0104] Outre le module de détection synchrone 25, la figure 4 illustre également un ré- gulateur 26b configure pour faire varier une seconde consigne de température T appliquée à la cellule d'absorption 15. Pour cc faire, la cellule d'absorption 15 comporte un module de régulation de température 22 qui peut être analogue au module de régulation en température 21 de la diode laser 12. [0105] En plus de la troisième boucle d'asservissement, l'horloge atomique 10c-10d peut présenter une quatrième boucle d'asservissement, tel qu'illustré sur les figures 5 et 6. Cette quatrième boucle d'asservissement fait varier l'amplitude A du courant d'alimentation de la diode laser 12 en fonction de l'amplitude du signal en sortie de la photodiode 12 au niveau du fond de creux d'absorption. [0106] Pour ce faire, la quatrième boucle d'asservissement comporte un module de détection synchrone 27 dont la fréquence de modulation se distingue des fréquences de modulation des autres boucles d'asservissement. Tel qu'illustré sur la figure 5, ce module de détection synchrone 27 peut être connecté directement sur le signal S D en sortie de la photodiode 16. [0107] En variante, tel qu'illustré sur la figure 6, le module de détection synchrone 27 peut correspondre à une fonction numérique utilisant le signal en sortie du module d'acquisition de données 30. [0108] Pour distinguer la fréquence de modulation du module de détection synchrone 27 des autres modules de détection synchrone 17 et 18, la fréquence de modulation de ce module de détection synchrone 27 peut être comprise entre 0,1 et 0,05 Hz Ainsi, de la même manière que la troisième boucle de régulation, cette quatrième boucle ne nécessite pas une fréquence de rafraîchissement trop importante car elle con-ige des dérives en amplitude apparaissant sur des temps longs. [0109] L'invention permet ainsi de limiter la dérive en température d'une horloge atomique 10a-10d. Il s'ensuit qu'il est possible d'obtenir une horloge atomique dont la fréquence est plus stable dans le temps. [0110] Par exemple, tel qu'illustré sur la figure 7, la déviation d'Allan Adl d'une horloge atomique qui n'intègre pas les troisième et quatrième boucles de régulation présente un point d'inflexion plus rapide que la déviation d'Allan M12 d'une horloge atomique qui intègre la troisième boucle de régulation et identique à l'horloge atomique qui n'intègre pas les troisième et quatrième bouches de régulation. [0111] La stabilité d'une horloge atomique qui n'intègre pas les troisième et quatrième boucles de régulation à 10_11 est compromise après 3000 secondes alors qu'une horloge atomique qui intègre la troisième boucle de régulation présente une précision à 10 pendant plus de 40 000 secondes. [0112] En outre, le niveau de stabilité maximum atteint par une horloge atomique qui intègre la troisième boucle de régulation est supérieur au niveau de stabilité maximum atteint par une horloge atomique qui n'intègre pas les troisième et quatrième boucles de régulation car le niveau du point d'inflexion de la courbe Adl est plus élevé que le niveau du point d'inflexion de la courbe Ad2. Ainsi, l'invention permet également d'obtenir une horloge plus stable. 16 [Revendication 1]