Brevet FR3150371A1 — publié le 20241227

Laser bi-fréquence, tête optique à laser bi-fréquence bipolarisation ultracompacte et à faible consommation, et horloge atomique associée Laser bi-fréquence pour une tête optique d’horloge atomique, le laser comprenant une diode laser et des moyens d’alimentation en courant électriquement raccordés à une entrée de la diode laser et comportant une source de courant continu, la diode laser comportant une cavité laser comprise entre 150 µm et 2000 µm, et étant configurée pour émettre un faisceau laser à une longueur d’onde optique correspondant à l’une des transitions de la structure fine d’une vapeur alcaline lorsqu’elle est alimentée par un courant continu. la diode laser est configurée pour émettre un faisceau laser ayant une largeur de raie inférieure à 5 MHz, et possède un courant de seuil inférieur à 50 mA, et les moyens d’alimentation en courant comprennent en outre une unité de modulation radiofréquence électriquement raccordée entre la source de courant continu et une entrée électrique de la diode laser, l’unité de modulation radiofréquence comportant un générateur de radiofréquences et un té de polarisation électriquement raccordé en entrée à la source de courant continu d’une part et au générateur de radiofréquences d’autre part, et électriquement raccordé en sortie à l’entrée de la diode laser. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Laser bi-fréquence, tête optique à laser bi-fréquence bipolarisation ultracompacte et à faible consommation, et horloge atomique associée Le domaine de l’invention est celui des capteurs atomiques, en particulier celui des horloges atomiques compactes et faible consommation qui intègrent une cellule de vapeur alcaline utilisant le piégeage cohérent de population (CPT, pour « Coherent Population Trapping » en anglais). Plus précisément, l’invention concerne un sous-ensemble d’une architecture de capteur atomique appelé « tête optique » et qui est caractérisé par une source laser bi-fréquence, bipolarisation compacte et faible consommation sur une plage de température étendue. Les capteurs atomiques sont des systèmes qui mesurent une grandeur physique par le biais d’une référence de fréquence dite « atomique ». Cette référence est la fréquence de résonance d’une transition entre deux états d’énergie d’un atome. Les horloges atomiques, les magnétomètres atomiques ou encore les gyroscopes atomiques utilisent respectivement cette résonance pour mesurer le temps, le champ magnétique ou encore l’accélération angulaire. De manière générale, ce type de capteur présente un intérêt par sa faible sensibilité aux biais. Parmi les capteurs atomiques, certains nécessitent d’éclairer l’atome à l’aide d’un faisceau laser bi-fréquence et bipolarisation. C’est le cas des capteurs atomiques utilisant le piégeage cohérent de population. La brique technologie permettant de réaliser cette fonction laser bi-fréquence et bipolarisation est appelée une « tête optique ». Un capteur atomique CPT comprend deux sous-ensembles : un module physique et une carte électronique, la tête optique formant une partie du module physique. Le signal de sortie d’une tête optique est un faisceau laser bi-fréquence, dont la fréquence optique moyenne est accordée sur la transition fine de la vapeur alcaline. La différence de fréquence entre les deux fréquences optiques est accordée sur la transition hyperfine de la vapeur alcaline interrogée. Le faisceau bi-fréquence est affecté à un certain état de polarisation. Parmi les capteurs atomiques, il existe le domaine des horloges atomiques. Certaines horloges atomiques utilisent des têtes optiques bi-fréquence et bipolarisation qui permettent d’améliorer leurs performances en augmentant leur rapport signal à bruit. Cependant, dans l’état de la technique, ce type de tête optique n’est pas compatible avec les applications industrielles, lesquelles requièrent un compromis encombrement/coût/performance très faible, orienté vers le bas coût, le faible encombrement, tout en dégradant le moins possible la performance. Dans de nombreuses applications des capteurs atomiques, leur encombrement et leur consommation sont un facteur limitant leur usage. Ainsi, des solutions compactes et peu énergivores permettent d’ouvrir l’utilisation de cette technologie à de nouveaux marchés. Il est connu de l’article de J. Vanier intitulé “Atomic clocks based on coherent population trapping: A review” et paru dans Appl. Phys. B, vol. 81, no. 4, pp. 421–442, 2005, des horloges atomiques compactes et faible consommation intégrant une cellule de vapeur alcaline utilisant le CPT. Il est connu du document FR 2005/000754 une tète optique utilisant la superposition de deux sources lasers monomodes de type ECDL (« Extended Cavity Diode Laser » en anglais qui signifie Diode laser à cavité étendue) via une boucle à verrouillage de phase pour obtenir une source bi-fréquence bipolarisation. Cependant, avec une telle architecture, pour que le niveau de bruit soit bon, les lasers doivent atteindre des largeurs de raie très fines (typiquement quelques 100kHz). Et pour atteindre une telle finesse, il faut utiliser un montage appelé « cavité étendue » qui est encombrant et sensible aux vibrations. Il est connu de la thèse de François Parnet, intitulée « Imagerie polarimétrique active par brisure d’orthogonalité » et publiée en janvier 2018, une tête optique pour des applications d’imagerie polarimétriques, mais pas pour des horloges atomiques. La tête atomique décrite couple un laser monomode à un dispositif de modulation externe type AOM, c’est-à-dire un modulateur acousto-optique. Le faisceau bi-fréquence bipolarisation est généré au moyen d’un laser monomode mis en forme par un module externe. Dans ce module qui s’apparente à un interféromètre de Mach-Zehnder, le faisceau laser est séparé sur deux bras de polarisations orthogonales, et un modulateur acousto-optique inséré sur un des deux bras introduit le décalage en fréquence requis. Une lame demi-onde placée à l’entrée du module et orientée de sorte à ajuster la puissance dirigée sur chaque bras du module pour équilibrer la puissance lumineuse des deux champs du faisceau laser. Cette solution présente les inconvénients d’utiliser : - un AOM, qui est un composant optique très énergivore et dont la gamme de température d’utilisation est inférieur à -40;+85°C. Ainsi, pour l’utiliser il faudrait le réguler en température à l’aide d’un dispositif de refroidissement type module Peltier. Etant donné la taille de l’AOM, le refroidissement type module Peltier serait de plusieurs cm² et serait donc très énergivore (plusieurs watt) s’il fallait atteindre une gamme de température -40;+85°C ; - un isolateur optique permettant de supprimer les phénomènes de rétro-réflexion optique induits par l’utilisation d’un cube séparateur de polarisation. Ce composant optique génère un champ magnétique parasite pouvant influencer l’état atomique de la vapeur alcaline et donc les performances associées à l’horloge atomique ; - et un facteur de forme au moins supérieur à 100 cm 3 ; Il est également connu de l’article de Lui et al. Paru en 2013 dans la revue PhysRevA.87.013416 une tête optique couplant un laser monomode à un dispositif de modulation externe de type EOM. Le faisceau laser bi-fréquence bipolarisation est généré au moyen d’un laser monomode mis en forme par un module externe comprenant d’une part un module électro-optique nécessaire à la création d’un faisceau laser bi-fréquence et d’autre part, un bloc optique du type interféromètre de Michelson permettant l’obtention d’un état bipolarisé optiquement. Cette solution présente les inconvénients d’utiliser : - un isolateur optique permettant de supprimer les phénomènes de rétro-réflexion optique induits par l’utilisation d’un cube séparateur de polarisation. Ce composant optique génère un champ magnétique parasite pouvant influencer l’état atomique de la vapeur alcaline et donc les performances associées à l’horloge atomique ; - un module électro-optique dont la polarisation et le contrôle en température du composant sur une plage de température étendue implique une consommation supérieure à celle du watt ; - un facteur de forme au moins supérieur à 100 cm3 ; Il est aussi connu du document FR 2 971 096 une tête optique couplant un laser bi-fréquence à état solide à un dispositif de polarisation avec modulation externe. La structure d’un laser à état solide comprend une cavité, un milieu à gain et un système de pompage optique du milieu amplificateur. L’état de l’art montre qu’il est possible de faire osciller simultanément deux états de polarisation orthogonaux dans la cavité. L’ajout d’éléments biréfringents au sein de cette même cavité permet l’obtention de deux états de polarisation orthogonaux qui oscillent à deux fréquences différentes. Le battement de fréquence entre les deux états de polarisation du faisceau laser est contrôlé par un module électro-optique également intégré dans la cavité laser. Cependant, cette solution utilise : - des diodes de pompage optique qui présentent un rendement associé au pompage optique avec seulement quelques dizaines de milliwatts optiques pour des puissances de pompe de l’ordre du watt, - un module électro-optique dont la polarisation et le contrôle en température du composant sur une plage de température étendue implique une consommation supérieure à celle du watt. Il est également connu de l’article de Yun et al. Paru en 2017 dans la revue PhysRevA.7.014018 une tête optique couplant un laser monomode à un dispositif de modulation externe de type EOM ainsi qu’un rotateur de polarisation. Le faisceau laser bi-fréquence bipolarisation est généré au moyen d’un laser monomode mis en forme par un module externe comprenant d’une part un module électro-optique nécessaire à la création d’un faisceau laser bi-fréquence et d’autre part, un rotateur de polarisation à cristaux liquides permettant l’obtention d’un état bipolarisé optiquement. Cette solution présente les inconvénients d’utiliser : - un isolateur optique permettant de supprimer les phénomènes de rétro-réflexion optique induits par l’utilisation d’un cube séparateur de polarisation. Ce composant optique génère un champ magnétique parasite pouvant influencer l’état atomique de la vapeur alcaline et donc les performances associées à l’horloge atomique ; - un module électro-optique dont la polarisation et le contrôle en température du composant sur une plage de température étendue implique une consommation supérieure à celle du watt ; -un rotateur de polarisation à base de cristaux liquides dont les tensions d’alimentation sont élevé et la fiabilité faible dans la durée - un facteur de forme au moins supérieur à 100 cm3 ; Il est également connu de l’article de Yun et al. Paru en 2021 dans la revue Metrologia 58 045001, une tête optique couplant un laser monomode de type DBR (Distributed Bragg Reflector) modulé en direct. Le faisceau laser bi-fréquence est généré au moyen d’une modulation directe sur le courant de la diode. Cette solution présente les inconvénients d’utiliser : - un laser DBR dont la consommation intrinsèque est environ 200 mW. Ce qui implique une consommation de son électronique de régulation en température supérieure à celle du watt lors d’un usage sur une plage de température étendue - une puissance de modulation supérieure à 26 dBm, qui implique un système d’amplification dont la consommation sera supérieure à celle du watt. - un isolateur optique permettant de supprimer les phénomènes de rétro-réflexion optique induits par l’utilisation d’un cube séparateur de polarisation. Ce composant optique génère un champ magnétique parasite pouvant influencer l’état atomique de la vapeur alcaline et donc les performances associées à l’horloge atomique. L’invention propose une architecture de tête optique à laser bi-fréquence et bipolarisation avec déphasage pour capteur atomique compacte et à faible consommation énergétique sur une plage de température étendue permettant de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus. Elle propose pour cela un laser bi-fréquence compact et à faible consommation énergétique. On entend par compact, un facteur de forme inférieur à 5 cm 3 , et par faible consommation énergétique, une consommation inférieure à 1,5 W sur une plage de température comprise notamment entre -40°C et +80°C. Ce but est atteint, tout d’abord, grâce à un laser bi-fréquence pour une tête optique de capteur atomique, le laser comprenant une diode laser et des moyens d’alimentation en courant électriquement raccordés à une entrée de la diode laser et comportant une source de courant continu, la diode laser comportant une cavité laser comprise entre 150 µm et 2000 µm, et étant configurée pour émettre un faisceau laser à une longueur d’onde optique correspondant à l’une des transitions fine d’une vapeur alcaline lorsqu’elle est alimentée par un courant continu. Selon une caractéristique générale de l’invention, la diode laser est configurée pour émettre un faisceau laser ayant une largeur de raie inférieure à 5 MHz, et possède un courant de seuil inférieur à 50 mA. En outre, les moyens d’alimentation en courant comprennent une unité de modulation radiofréquence électriquement raccordée entre la source de courant continu et l’entrée électrique de la diode laser, l’unité de modulation radiofréquence comportant un générateur radiofréquence configuré pour injecter des ondes de fréquence comprise entre 0.8 et 5 GHz, et un té de polarisation électriquement raccordé en entrée à la source de courant continu d’une part et au générateur de radiofréquences d’autre part, et électriquement raccordé en sortie à l’entrée de la diode laser. Le laser bi-fréquence selon l’invention n’utilise aucun élément optique actif, outre la diode laser, ce qui permet de garantir un faible facteur de forme du laser, c’est-à-dire un faible encombrement, ainsi qu’une faible consommation sur une plage de température étendue. La gamme de fréquence comprise entre 0,8 et 5 GHZ correspond aux gammes de fréquence de résonnance des atomes utilisés dans les capteurs atomiques. Cette technique de modulation du courant électrique d’alimentation de la diode laser pour obtenir un laser bi-fréquence permet d’éviter l’utilisation de diodes de pompe, et d’éléments électro-optiques Selon un premier mode de réalisation du laser bi-fréquence, le té de polarisation comporte de préférence un nœud électrique, une inductance raccordée entre la source de courant continu et le nœud électrique, et une capacité raccordée entre le générateur radiofréquence et le nœud électrique. L’utilisation d’un té de polarisation offre une solution simple et à bas coût pour moduler le signal de courant d’alimentation de la diode laser. Un té de polarisation est en général utilisé pour injecter une composante continue dans un signal radiofréquence. Dans le cadre de l’invention, le té de polarisation est utilisé pour apporter une composante alternative au courant avec une modulation radiofréquence et ainsi permettre d’exciter la diode laser sur les deux premières bandes plutôt que sur sa porteuse. Selon un deuxième mode de réalisation, la diode laser comprend de préférence un support constitué d’un boitier de type TO-56 ou TO-5, ou d’un substrat sur lequel la diode est électriquement connectée par des fils d’une longueur inférieure à 5 mm. La diode laser comprend ainsi un support qui minimise les pertes d’insertion du signal modulant et qui permet d’obtenir un indice de modulation compris entre 1,8 et 2,4 pour une puissance injectée inférieure à 20 dBm dans une gamme de fréquence comprise entre 0,8 et 5 GHz. La modulation radiofréquence de la diode laser est obtenue en réalisant une modulation du courant électrique d’alimentation de la diode laser. Si l’indice de modulation est de 1,8, cette configuration permet de maximiser l’amplitude des premières bandes latérales autour de la longueur d’onde porteuse, contribuant ainsi à la maximisation du signal CPT d’un capteur atomique utilisant un tel laser bi-fréquence, et donc contribuant à une amélioration de la stabilité du capteur atomique, notamment par rapport à l’horloge atomique décrite dans le document US 7 778 293. Si celui-ci est au voisinage de 2.2, cette configuration permet d’éteindre la longueur d’onde porteuse, contribuant ainsi à une réduction de la sensibilité du capteur aux variations de puissance optique. Selon un troisième mode de réalisation du laser bi-fréquence, le laser bi-fréquence peut comprendre en outre un correcteur de divergence d’au moins un des axes rapide ou lent, et un collimateur, disposés sur une sortie optique de la diode laser à partir de laquelle le faisceau laser bi-fréquence est émis. Le correcteur de divergence et le collimateur sont configurés pour corriger la divergence du faisceau laser selon son axe rapide et/ou son axe lent. Le correcteur de divergence peut être un réducteur de divergence de l’axe rapide est aussi connu sous la dénomination « FAR » ou « FAR lens » qui signifie en anglais « Fast Axis Reducer Lens ». Un FAR est un dispositif optique passif et ultracompacte qui permet de compenser les écarts de divergence induits par les axes rapide et lent du faisceau laser émis par la diode laser. La tâche résultante en sortie du dispositif n’est donc plus elliptique. Dans une variante, le laser bi-fréquence peut comprendre en outre un composant optique réalisant la fonction de réducteur de divergence selon un axe, et de collimation. Ce composant pourrait par exemple être une lentille présentant des distances focales différentes aux axes rapides et lents, ou un jeu de lentilles réalisant la même fonction. Selon un cinquième mode de réalisation du laser bi-fréquence, le laser bi-fréquence peut comprendre en outre au moins un mini module Peltier. L’architecture du laser bi-fréquence selon l’invention permettant de réduire fortement son encombrement, on peut utiliser des mini modules Peltier à faible consommation énergétique pour réguler la température des différents éléments du laser bi-fréquence. Les mini modules Peltier permettent ainsi d’asservir à une température fixe le laser bi-fréquence et ce, pour un environnement extérieur sévère. Les minis modules Peltier consomment peu d’énergie à la différence des modules Peltier de quelques cm². On entend par mini module Peltier, un module Peltier ayant une surface strictement inférieure à 2 cm² et avec une hauteur inférieure au centimètre. La consommation énergétique associée cette configuration de tête optique, c’est-à-dire avec des mini modules Peltier, est inférieure à 1,5W sur une plage de température s’étendant de -40°C à +80°C avec un facteur de forme pouvant être par exemple de 16 mm x 18 mm x 8 mm. Dans un autre objet de l’invention, il est proposé une tête optique de capteur atomique comportant un laser bi-fréquence tel que défini ci-dessus. Selon un premier mode de réalisation de la tête optique, la tête optique peut comprendre en outre des moyens optiques recevant en entrée le faisceau laser délivré par le laser bi-fréquence et configurés pour délivrer en sortie un faisceau laser bi-fréquence bipolarisation avec déphasage, les moyens optiques comportant un interféromètre disposé optiquement entre une entrée optique et une sortie optique des moyens optiques et comportant un premier chemin optique pour une première polarisation du faisceau laser et un second chemin optique pour une seconde polarisation du faisceau, la seconde polarisation étant orthogonale à la première polarisation, la différence de longueur de chemin optique entre le second chemin optique et le premier chemin optique correspondant à (0,5+p)λ avec λ la longueur d’onde hyperfine de la vapeur alcaline utilisée par la diode laser du laser bi-fréquence et p un entier positif. Le faisceau bi-fréquence bipolarisation est ainsi généré au moyen d’un laser monomode, modulé en direct via son alimentation en courant électrique, et mis en forme par des moyens optiques externes. Ces moyens optiques comprennent un interféromètre qui sépare le faisceau laser sur deux bras de polarisations orthogonales. L’utilisation d’un interféromètre permet d’éviter l’utilisation de multiples lasers, ou de rotateur de polarisation à cristaux liquides. Ainsi, la tête optique selon l’invention n’utilise aucun élément optique actif, outre la diode laser, ce qui permet de garantir un faible facteur de forme de la tête optique, c’est-à-dire un faible encombrement, tout en améliorant la consommation énergétique sur une plage de température étendue. Selon un deuxième mode de réalisation de la tête optique, la tête optique peut comprendre en outre une lame demi-onde et une lame quart d’onde, la lame demi-onde étant positionnée sur le chemin optique du faisceau laser entre l’entrée optique des moyens optiques et une entrée optique de l’interféromètre, et la lame quart d’onde étant positionnée sur le chemin optique du faisceau laser entre une sortie optique de l’interféromètre et ladite sortie optique des moyens optiques. La lame demi-onde permet de modifier l’angle entre la polarisation linéaire du faisceau laser délivré par le laser bi-fréquence et l’axe vertical du séparateur de polarisation. Ceci permet de répartir la puissance optique dans chacun des bras de l’interféromètre. De préférence, l’angle entre la polarisation linéaire et l’axe vertical du séparateur de polarisation sera de 45° pour une répartition de puissance égale entre les bras de l’interféromètre. La lame quart d’onde permet d’obtenir en sortie des états de polarisation dits circulaires. Selon un troisième mode de réalisation de la tête optique, l’interféromètre peut comprendre au moins deux lames séparatrices de polarisation positionnées chacune dans un plan dont aucune des directions du plan n’est orthogonale à la direction du faisceau laser incident sur la lame séparatrice de polarisation correspondante, et dans lequel la lame demi-onde et la lame quart d’onde sont positionnées chacune dans un plan ayant au moins une direction non orthogonale à la direction du faisceau laser incident la lame correspondante. Cette configuration dans laquelle les lames séparatrices ne présentent pas de faces dont la normale est colinéaire au faisceau et les lames demi-onde et quart d’onde sont placées avec un léger tilt, permet d’éviter le phénomène de rétro-réflexion optique. Cette technique permet de s’abstenir de la technique classique utilisée dans l’état de l’art pour éviter les rétro-réflexions optiques, c’est-à-dire les isolateurs optiques. Cette technique permet ainsi d’éviter l’encombrement supplémentaire important des isolateurs optiques, et surtout d’éviter la présence de champs magnétiques parasites générés par les isolateurs optiques sur les signaux sensibles des capteurs atomiques utilisant une tête optique à laser bi-fréquence et bipolarisation. Selon un quatrième mode de réalisation de la tête optique, l’interféromètre peut être un interféromètre de Mach-Zehnder. L’utilisation d’un interféromètre de Mach-Zehnder plutôt qu’un interféromètre de Michelson permet de s’affranchir de l’utilisation d’un isolateur optique. Dans une configuration sans tilt des lames demi-onde et quart d’onde et des lames séparatrices, l’utilisation de micro-isolateur optique permettent d’éviter tout problème de rétro-réflexion. Le micro-isolateur n’augmenterait pas l’encombrement surfacique de la tête optique. Selon un sixième mode de réalisation de la tête optique, la tête optique peut comprendre en outre un substrat sur lequel sont montés ledit laser bi-fréquence et lesdits moyens optiques, le substrat ayant un coefficient de dilatation thermique nul. L’utilisation d’un substrat à coefficient de dilatation thermique nul permet d’assurer un fonctionnement nominal de la tête optique au sein d’environnements climatiques sévères. Selon un septième mode de réalisation de la tête optique, le substrat peut posséder une surface de réception du laser bi-fréquence et des moyens optiques inférieure à 400 mm², et une épaisseur inférieure à 5 mm. L’architecture de la tête optique selon l’invention permet de la compacter fortement et ainsi de réduire son encombrement. En outre, le fait de s’abstenir de composants optiques actifs, outre la diode laser, pour la réalisation d’une tête optique à laser bi-fréquence et bipolarisation permet une réduction drastique de la consommation de la tête optique telle que définie ci-dessus, et ce à 25°C. Par ailleurs, jusqu’à présent, les têtes optiques, recensées dans l’état de l’art, ne prévoit aucun mode de fonctionnement sur une plage de température étendue du type [-40 ; +80] °C. Si tel était le cas, alors les éléments optiques actifs et passifs devraient être régulés en températures à l’aide de thermostat. La consommation associée serait alors de plusieurs watts car pour réguler la température des composants aussi encombrant que les modules acousto-optiques (AOM) et les modules électro-optiques (EOM), une surface de plusieurs cm² de modules Peltier serait nécessaire, et ceci serait très consommant. Dans un autre objet de l’invention, il est proposé un capteur atomique comprenant une carte électronique de commande et un module commandé par la carte électronique de commande, caractérisé en ce que le module comporte une tête optique telle que définie ci-dessus et configurée pour délivrer un faisceau laser bi-fréquence bipolarisation à déphasage. De préférence, le capteur atomique est une horloge atomique. La présente schématiquement un laser bi-fréquence selon un mode de réalisation de l’invention. La représente schématiquement une tête optique selon un premier mode de réalisation de l’invention. La représente schématiquement une tête optique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. La présente schématiquement une vue en coupe d’une tête optique selon un troisième mode de réalisation de l’invention. La représente schématiquement un capteur optique selon un mode de réalisation de l’invention. Sur la est présenté schématiquement un laser bi-fréquence selon un mode de réalisation de l’invention. Le laser 1 illustré sur la est un laser bi-fréquence pour une tête optique 20 d’un capteur atomique 100. Le laser 1 comprend une diode laser 2 et des moyens d’alimentation en courant 3. La diode laser 2 comporte une cavité laser comprise entre 150 µm et 2000µm, une largeur de raie inférieure à 5 MHz, un courant de seuil inférieur à 50 mA, un support qui minimise les pertes d’insertion du signal modulant et est configurée pour émettre un faisceau laser à une longueur d’onde optique correspondant à l’une des transitions de la structure fine d’une vapeur alcaline lorsqu’elle est alimentée par un courant continu. Les transitions optiques de vapeur alcaline peuvent être, par exemple, celles du Rubidium à 780 nm et 795 nm, ou celles du Cesium à 852 nm et à 895 nm. Comme décrit plus haut, le support peut être constitué d’un boitier de type TO-56 ou TO-5, ou d’un substrat sur lequel la diode est électriquement connectée par des fils d’une longueur inférieure à 5 mm. De tels supports permettent tout particulièrement d’avoir de faibles longueurs de broches et de fils pour minimiser les pertes de puissance RF conduites et rayonnées. Les moyens d’alimentation en courant 3 comportent une source de courant continu 4 ainsi qu’une unité de modulation radiofréquence 5 qui comporte un générateur radiofréquence 6 et un té de polarisation 7. L’unité de modulation radiofréquence 5 est électriquement raccordée entre la source de courant continu 4 et une entrée électrique 8 de la diode laser 2. Le té de polarisation 7 est électriquement raccordé en entrée à la source de courant continu 4 d’une part et au générateur de radiofréquences 6 d’autre part, et électriquement raccordé en sortie à l’entrée 4 de la diode laser 2. Le té de polarisation 7 comporte un nœud électrique 9, une inductance 10 raccordée entre la source de courant continu 4 et le nœud électrique 9, et une capacité 11 raccordée entre le générateur de courant alternatif 6 et le nœud électrique 9. Le té de polarisation 7 reçoit ainsi un courant continu I DC sur une première entrée 12, le courant continu traversant l’inductance 10 avant de parvenir au nœud électrique 9, et un courant alternatif I RF modulé à des ondes de fréquence comprise entre 1 et 5 GHz sur une deuxième entrée 13 qui parvient au nœud électrique 9 après avoir traversé la capacité 11. Le té de polarisation 7 délivre alors en sortie un courant I DC + I RF résultant de la somme du courant continu I DC et du courant alternatif I RF . L’alimentation électrique de la diode laser 2 par un courant électrique comprenant une composante continue avec une modulation radiofréquence permet de transformer la diode laser mono fréquence centrée sur sa porteuse en laser bi-fréquence émettant sur ses deux premières brandes. Le laser bi-fréquence 1 comprend en outre un collimateur à axe rapide 14 disposé sur une sortie optique 15 de la diode laser 2 à partir de laquelle le faisceau laser bi-fréquence 16 est émis. Le collimateur à axe rapide 14, ou FAR, est configuré pour corriger la divergence du faisceau laser 16 selon son axe rapide. Le collimateur à axe rapide 14 de la peut être composé d’un correcteur de divergence de type « FAR » et d’un collimateur optique. Le collimateur à axe rapide 14 peut aussi être remplacé par une lentille présentant des distances focales différentes aux axes rapides et lents, ou un jeu de lentilles réalisant la même fonction. Sur la est représentée schématiquement une tête optique 20 pour capteur atomique 100 selon un premier mode de réalisation de l’invention. La tête optique 20 comprend le laser bi-fréquence 1 de la et des moyens optiques 21 recevant en entrée le faisceau laser 16 délivré par le laser bi-fréquence 1 et configurés pour délivrer en sortie un faisceau laser bi-fréquence bipolarisation avec déphasage 17. Les moyens optiques 21 comportent un interféromètre 22 de type Mach-Zehnder, une lame demi-onde 23, une lame quart d’onde 24, une entrée optique 25 et une sortie optique 26. La lame demi-onde 23 est disposée optiquement entre l’entrée optique 25 des moyens optiques 21 et l’entrée de l’interféromètre 22, tandis que la lame quart d’onde 24 est disposée optiquement entre la sortie de l’interféromètre 22 et la sortie 26 des moyens optiques 21. L’interféromètre 22 comporte une première lame séparatrice de polarisation 27, une seconde lame séparatrice de polarisation 28 et deux miroirs 29. L’interféromètre forme ainsi un premier chemin optique 30 pour une première polarisation du faisceau laser et un second chemin optique 32 pour une seconde polarisation du faisceau, la seconde polarisation étant orthogonale à la première polarisation. Une première partie 161 du faisceau laser suit le premier chemin optique 30, et traverse ainsi la première lame séparatrice de polarisation 27 puis la seconde lame séparatrice de polarisation 28 avant de se diriger vers la lame quart d’onde. Une seconde partie 162 du faisceau laser suit le second chemin optique 32 en revanche et est réfléchie par la première lame séparatrice de polarisation 27 vers un premier miroir 29 qui réfléchit le faisceau laser ainsi dévié vers le second miroir 29 qui réfléchit à son tour le faisceau laser vers la seconde lame séparatrice de polarisation 28 qui réfléchit alors le faisceau laser correspondant vers la lame quart d’onde 24. L’interféromètre 22 est configuré pour que la différence de longueur de chemin optique entre le second chemin optique 31 et le premier chemin optique 30 corresponde à (0,5+p)λ avec λ la longueur d’onde hyperfine de la vapeur alcaline utilisée par la diode laser du laser bi-fréquence 1 et p un entier positif. La lame demi-onde 23 permet de modifier la polarisation linéaire du faisceau laser 16 délivré par le laser bi-fréquence 1 en une polarisation orientée à 45° avant que le faisceau laser n’entre dans l’interféromètre 22, et la lame quart d’onde 24 permet d’obtenir en sortie des moyens optiques 21 un faisceau laser avec deux polarisations circulaires orthogonales. Pour éviter tout phénomène de rétro-réflexion, la première lame séparatrice de polarisation 27 et la seconde lame séparatrice de polarisation 28 sont positionnées chacune dans un plan dont aucune des directions du plan n’est orthogonale à la direction du faisceau laser incident sur la lame séparatrice de polarisation correspondante 27 ou 28. De même, pour éviter tout phénomène de rétro-réflexion, la lame demi-onde 23 et la lame quart d’onde 24 sont positionnées chacune dans un plan ayant au moins une direction non orthogonale à la direction du faisceau laser arrivant sur la lame correspondante 23 ou 24. La tête optique 20 comprend en outre un substrat 50 sur lequel sont montés le laser bi-fréquence 1 et les moyens optiques 21, le substrat 50 ayant un coefficient de dilatation thermique nul permettant d’assurer un fonctionnement nominal de la tête optique 20 au sein d’environnements climatiques sévères, et une surface inférieure à 400 mm², et une épaisseur inférieure à 5 mm. En outre, le laser bi-fréquence 1 de la tête optique 20 comprend en plus un mini module Peltier 40 permettant un refroidissement actif des éléments du laser bi-fréquence 1. Sur la , le mini module Peltier 40 est illustré comme étant accolé au laser bi-fréquence 1. Il peut être compris dans le laser bi-fréquence, et notamment en contact avec le support de la diode laser 2 et les autres éléments électroniques, ou bien distinct du laser bi-fréquence et compris dans la tête optique 20. Sur la est illustrée schématiquement une tête optique 20’ selon un second mode de réalisation de l’invention. La tête optique 20’ du second mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation illustré sur la en ce que, en plus du mini module Peltier 40 compris dans le laser bi-fréquence 1, la tête optique comprend un autre mini module Peltier 40 couplé aux moyens optiques 21. Dans un mode de réalisation préférentiel illustré sur la qui présente une vue en coupe d’une tête optique 20 selon un troisième mode de réalisation, on a un unique mini module Peltier 40 disposé en contact avec une face du substrat 50 opposée à la face du substrat sur laquelle sont montés le laser bi-fréquence 1 et les moyens optiques 21. Sur la est illustré très schématiquement un capteur atomique 100 comprenant une carte électronique de commande 80 et un module 90 commandé par la carte électronique de commande 80, le module comportant la tête optique 20 ou 20’ de la ou 3 et configurée pour délivrer un faisceau laser bi-fréquence bipolarisation à déphasage. Sur la , le capteur atomique 100 est une horloge atomique. L’invention fournit une architecture de tête optique à laser bi-fréquence et bipolarisation avec déphasage pour capteur atomique compacte et à faible consommation énergétique sur une plage de température étendue permettant de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus, avec un laser bi-fréquence compact et à faible consommation énergétique. Laser bi-fréquence (1) pour une tête optique (20, 20’) de capteur atomique (100), le laser bi-fréquence (1) comprenant une diode laser (2) et des moyens d’alimentation en courant (3) électriquement raccordés à une entrée (8) de la diode laser (2) et comportant une source de courant continu (4), la diode laser (2) comportant une cavité laser comprise entre 150 µm et 2000 µm, et étant configurée pour émettre un faisceau laser à une longueur d’onde optique correspondant à l’une des transitions de la structure fine d’une vapeur alcaline lorsqu’elle est alimentée par un courant continu, caractérisé en ce que la diode laser est configurée pour émettre un faisceau laser ayant une largeur de raie inférieure à 5 MHz, et possède un courant de seuil inférieur à 50 mA, et en ce que les moyens d’alimentation en courant (3) comprennent en outre une unité de modulation radiofréquence (5) électriquement raccordée entre la source de courant continu (4) et l’entrée électrique (8) de la diode laser (2), l’unité de modulation radiofréquence (5) comportant un générateur radiofréquence (6) configuré pour injecter des ondes de fréquence comprise entre 0.8 et 5 GHz, et un té de polarisation (7) électriquement raccordé en entrée à la source de courant continu (4) d’une part et au générateur de radiofréquences (6) d’autre part, et électriquement raccordé en sortie à l’entrée (8) de la diode laser (2). Laser bi-fréquence (1) selon la revendication 1, dans lequel le té de polarisation (7) comporte un nœud électrique (9), une inductance (10) raccordée entre la source de courant continu (4) et le nœud électrique (9), et une capacité (11) raccordée entre le générateur radiofréquence (6) et le nœud électrique (9). Laser bi-fréquence (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la diode laser (2) comprend un support constitué d’un boitier de type TO-56 ou TO-5, ou d’un substrat sur lequel la diode est électriquement connectée par des fils d’une longueur inférieure à 5 mm. Laser bi-fréquence (1) selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant en outre un correcteur de divergence d’au moins un des axes rapides ou lent et un collimateur (14) disposé sur une sortie optique (15) de la diode laser (2) à partir de laquelle le faisceau laser bi-fréquence (16) est émis, le correcteur de divergence et le collimateur (14) étant configurés pour corriger la divergence du faisceau laser selon son axe rapide et/ou son axe lent. Laser bi-fréquence (1) selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant en outre au moins un mini module Peltier (40). Tête optique (20, 20’) de capteur atomique (100) comportant un laser bi-fréquence (1) selon l’une des revendications 1 à 5. Tête optique (20, 20’) selon la revendication 6, comprenant en outre des moyens optiques (21) recevant en entrée le faisceau laser (16) délivré par le laser bi-fréquence (1) et configurés pour délivrer en sortie un faisceau laser bi-fréquence bipolarisation avec déphasage (17), les moyens optiques (21) comportant un interféromètre (22) disposé optiquement entre une entrée optique (25) et une sortie optique (26) des moyens optiques (21) et comportant un premier chemin optique (30) pour une première polarisation du faisceau laser et un second chemin optique (31) pour une seconde polarisation du faisceau, la seconde polarisation (31) étant orthogonale à la première polarisation (30), la différence de longueur de chemin optique entre le second chemin optique (31) et le premier chemin optique (30) correspondant à (0,5+p)λ avec λ la longueur d’onde hyperfine de la vapeur alcaline utilisée par la diode laser (2) du laser bi-fréquence (1) et p un entier positif. Tête optique (20, 20’) selon la revendication 7, comprenant en outre une lame demi-onde (23) et une lame quart d’onde (24), la lame demi-onde (23) étant positionnée sur le chemin optique du faisceau laser (16) entre l’entrée optique 25 des moyens optiques et une entrée optique de l’interféromètre (22), et la lame quart d’onde (24) étant positionnée sur le chemin optique du faisceau laser entre une sortie optique de l’interféromètre (22) et ladite sortie optique (27) des moyens optiques (21). Tête optique (20, 20’) selon la revendication 8, dans lequel l’interféromètre (22) comprend au moins deux lames séparatrices (27, 28) de polarisation positionnées chacune dans un plan dont aucune des directions du plan n’est orthogonale à la direction du faisceau laser incident sur la lame séparatrice de polarisation correspondante (27, 28), et dans lequel la lame demi-onde (23) et la lame quart d’onde (24) sont positionnées chacune dans un plan ayant au moins une direction non orthogonale à la direction du faisceau laser incident la lame correspondante (23, 24). Tête optique selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel l’interféromètre (22) est un interféromètre de Mach-Zehnder. Tête optique (20, 20’) selon l’une des revendications 7 à 10, comprenant en outre un substrat (50) sur lequel sont montés ledit laser bi-fréquence (1) et lesdits moyens optiques (21), le substrat (50) ayant un coefficient de dilatation thermique nul. Tête optique (20, 20’) selon la revendication 11, dans lequel le substrat (50) possède une surface de réception du laser bi-fréquence (1) et des moyens optiques (21) inférieure à 400 mm², et une épaisseur inférieure à 5 mm. Capteur atomique (100) comprenant une carte électronique de commande (80) et un module (90) commandé par la carte électronique de commande (90), caractérisé en ce que le module (90) comporte une tête optique (20, 20’) selon l’une des revendications 6 à 12 configurée pour délivrer un faisceau laser bi-fréquence bipolarisation à déphasage. Capteur atomique (100) selon la revendication 13, dans lequel le capteur atomique est une horloge atomique compacte.