一种基于金刚石NV色心的微波磁场测量系统技术方案

本申请公开了一种基于金刚石NV色心的微波磁场测量系统，该系统用于对待测微波的微波磁场进行测量。具体包括共聚焦显微装置、精密位移装置、静磁场调节装置、具备NV色心的金刚石和信号处理装置，精密位移装置用于控制发射待测微波的微波源与NV色心的相对位移，静磁场调节装置用于控制施加在所述金刚石上的静磁场的场强；共聚焦显微装置用于利用预设波长的激光激发该NV色心的电子状态，记录所述NV色心发出的荧光，并输出反映该荧光的荧光信号；信号处理装置用于根据荧光信号重构待测微波在纳米量级分辨率的微波磁场矢量，从而能够实现对待测微波的微波磁场的矢量测量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本申请公开了一种基于金刚石NV色心的微波磁场测量系统，该系统用于对待测微波的微波磁场进行测量。具体包括共聚焦显微装置、精密位移装置、静磁场调节装置、具备NV色心的金刚石和信号处理装置，精密位移装置用于控制发射待测微波的微波源与NV色心的相对位移，静磁场调节装置用于控制施加在所述金刚石上的静磁场的场强；共聚焦显微装置用于利用预设波长的激光激发该NV色心的电子状态，记录所述NV色心发出的荧光，并输出反映该荧光的荧光信号；信号处理装置用于根据荧光信号重构待测微波在纳米量级分辨率的微波磁场矢量，从而能够实现对待测微波的微波磁场的矢量测量。【专利说明】一种基于金刚石NV色心的微波磁场测量系统
本申请涉及微波
，更具体地说，涉及一种基于金刚石NV色心的微波磁场测量系统。
技术介绍
近年来，微波技术的发展极大地促进了通信技术、高速电子技术和磁共振技术等的快速发展，这一切主要依赖于对纳米尺度上的高频微波过程和高频微波材料的发现，而对高频微波过程和高频微波材料的发现又是以对微波的高分辨率测量为基础的。目前，人们已经能够实现对微波中的微波电场进行高分辨率矢量测量，而对其中的微波磁场的高分辨率矢量测量仍是技术难题，从而使微波磁场的测量技术成为微波技术进一步发展的技术瓶颈，该技术瓶颈的突破将有效促进半导体器件技术、信息技术、超导技术和高精度测量技术等多个
的进步。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种基于金刚石NV色心的微波磁场测量系统，用于对微波磁场在室温下实现纳米量级分辨率的矢量测量，以促进半导体器件技术、信息技术、超导技术和高精度测量等多个领域的进步。为了实现上述目的，现提出的方案如下:—种基于金刚石NV色心的微波磁场测量系统，包括共聚焦显微装置、精密位移装置、静磁场调节装置、具备NV色心的金刚石和信号处理装置，其中:所述精密位移装置用于控制微波源与所述NV色心的相对位移，所述微波源用于发射待测微波；所述静磁场调节装置用于控制施加在所述金刚石上的静磁场的场强；所述共聚焦显微装置用于利用预设波长的激光激发所述NV色心的电子状态，记录所述NV色心在所述待测微波影响下发出的荧光，并输出反映所述荧光的荧光信号；所述信号处理装置用于根据所述荧光信号，重构所述待测微波在纳米量级分辨率的微波磁场矢量。可选的，所述精密位移装置包括第一三维位移台、多个伸缩柱和第二三维位移台；所述第一三维位移台用于承载所述金刚石，并控制所述金刚石的NV色心锁定在所述聚焦显微装置的测量点处；所述伸缩柱的一端固定在所述第一三维位移台的上表面、另一端与所述第二三维位移台相连接，用于控制所述第二三维位移台与所述金刚石的距离；所述第二三维位移台用于固定微波源，所述微波源用于发射所述待测微波。可选的，所述精密位移装置还包括石英盖玻片，其中:所述石英盖玻片设置在所述第一三维位移台的上表面，用于利用光学胶固定所述金刚石。可选的，所述静磁场调节装置包括角度圆环、多个刻度支架、伸缩杆和磁体，其中:所述刻度支架对所述角度圆环形成支撑，并控制所述角度圆环的高度；所述角度圆环通过螺丝与所述刻度支架固定连接；所述伸缩杆的一端利用旋转接口固定在所述角度圆环上，并与所述角度圆环的平面成预设角度；所述磁体固定在所述伸缩杆的另一端，用于提供所述静磁场。可选的，所述磁体为永磁体；可选的，所述永磁体为圆柱形永磁体。可选的，所述共聚焦显微装置包括共聚焦显微光路和显微镜物镜，其中:所述共聚焦显微光路用于将激光经自由光路向所述显微镜物镜发射预设波长的激光；所述显微镜物镜用于将所述共聚焦光路发射的激光投射到所述NV色心上，并收集所述NV色心在所述待测微波影响下发射的所述荧光；所述共聚焦显微光路还用于将所述荧光转换为所述荧光信号。可选的，所述共聚焦显微光路包括激光器、光纤親合声光调制器、第一光纤親合器、二向色镜和第二光纤親合器和雪崩光电二极管，其中所述激光器用发射所述预设波长的激光；述光纤耦合声光调制器通过光纤与所述激光器相连接，用于对所述激光器发射的激光进彳丁调制；所述第一光纤耦合器通过光纤与所述光纤耦合声光调制器相连接，用于将经过调制的激光投射在所述二向色镜上；所述二向色镜用于将所述激光反射到显微镜物镜；所述第二光电耦合器通过光纤与所述雪崩光电二极管相连接，用于接接收所述显微镜物镜收集的所述荧光；所述雪崩光电二极管用于将所述第二光电耦合器接收到的所述荧光转换为所述焚光信号。可选的，所述预设波长包括532nm。可选的，所述金刚石的尺寸为10(^!11*10(^111*1(^111、含氮量为1口卩1]1。从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种基于金刚石NV色心的微波磁场测量系统，该系统用于对待测微波的微波磁场进行测量。具体包括共聚焦显微装置、精密位移装置、静磁场调节装置、具备NV色心的金刚石和信号处理装置，精密位移装置用于控制发射待测微波的微波源与NV色心的相对位移，静磁场调节装置用于控制施加在所述金刚石上的静磁场的场强；共聚焦显微装置用于利用预设波长的激光激发该NV色心的电子状态，记录所述NV色心发出的荧光，并输出反映该荧光的荧光信号；信号处理装置用于根据荧光信号重构待测微波在纳米量级分辨率的微波磁场矢量，从而能够实现对待测微波的微波磁场的矢量测量。【附图说明】为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种基于金刚石NV色心的微波磁场测量系统的结构示意图；图2为本申请提供的一种共聚焦显微装置的结构示意图；图3为本申请提供的一种精密位移装置的立体示意图；图4为本申请提供的一种精密位移装置的侧视图；图5为本申请提供的一种磁场调节装置的结构示意图。【具体实施方式】下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。实施例图1为本申请实施例提供的一种基于金刚石NV色心的微波磁场测量系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的微波磁场测量系统是基于金刚石NV色心的光学特性实施的，用于对微波的微波磁场进行测量，具体包括共聚焦显微装置10、精密位移装置20、静磁场调节装置30、具备NV色心的金刚石40和信号处理装置(未示出)。本申请中用到的金刚石40具有NV色心，金刚石NV色心是一种光学性质极好的缺陷，在波长532nm的激光激发下，处于不同基态的NV色心能够发出不同强度的荧光，而微波可以改变NV色心基态状态，利用这一特性可以通过记录NV色心所发射的荧光的变化来得到待测微波的微波磁场强度。精密位移装置20用于满足实验中对微波磁场的扫描。本申请中的精密位移装置20采用了双位移台分别控制金刚石40和用于发射待测微波的微波源(未示出)，既保证了共聚焦显微装置10对金刚石40中NV色心的高效筛选，又精确了微波源与金刚石40的NV色心的相对位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于金刚石NV色心的微波磁场测量系统，其特征在于，包括共聚焦显微装置、精密位移装置、静磁场调节装置、具备NV色心的金刚石和信号处理装置，其中：所述精密位移装置用于控制微波源与所述NV色心的相对位移，所述微波源用于发射待测微波；所述静磁场调节装置用于控制施加在所述金刚石上的静磁场的场强；所述共聚焦显微装置用于利用预设波长的激光激发所述NV色心的电子状态，记录所述NV色心在所述待测微波影响下发出的荧光，并输出反映所述荧光的荧光信号；所述信号处理装置用于根据所述荧光信号，重构所述待测微波在纳米量级分辨率的微波磁场矢量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁振亨，王鹏飞，王孟祺，石发展，秦熙，段昌奎，杜江峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34