L'invention concerne un système d'interféromètre atomique comprenant une source d'atomes générant une bouffée d'atomes froids (60), une source laser générant une séquence d'impulsions lumineuses (14) et un système de détection configuré pour mesurer un déphasage interférométrique de ladite bouffée d'atomes froids (60). Selon l'invention, le système comporte une cavité optique résonante (100) comprenant un système optique intra-cavité (20, 21, 22), la cavité optique résonante (100) recevant une impulsion lumineuse de ladite séquence et générant un mode transverse de résonance ayant une première taille (w1) dans une première partie (81) de la cavité (100, 101), et, le système optique intra-cavité (20, 21, 22) étant configuré pour agrandir ledit mode transverse de résonance à une deuxième taille (w2) dans une deuxième partie (82) de la cavité optique résonante (100) et ladite bouffée d'atomes froids (60) étant superposée spatialement et temporellement avec ledit mode transverse de résonance dans la deuxième partie (82) de la cavité optique résonante (100).