基于金刚石NV色心自旋磁共振效应的微位移测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于金刚石NV色心自旋磁共振效应的微位移测量系统，包括金刚石（1），永磁体（2），PCB天线（3），信号源（4），微波源（5），锁相放大器（6），数字示波器（7），光电探测器（8），激光器（9），二向色镜（10），物镜（11），平凸镜（12），滤光片（13）及位移台（14）。同时利用电子自旋效应对磁梯度场的高精度敏感机理，结合磁梯度场与微位移之间的关系，发明专利技术了一种应用金刚石氮空位色心的电子自旋敏感磁机理的微位移测量方法。

【技术实现步骤摘要】
基于金刚石NV色心自旋磁共振效应的微位移测量系统及方法
本专利技术涉及量子传感领域，具体是一种基于金刚石NV色心自旋磁共振效应的微位移测量系统及方法。
技术介绍
原子力显微系统、扫描探针显微系统等精密测量仪器通过其纳米级扫描探针装置，能够实现纳米操控和对纳米区域、纳米结构的表面探测。随着纳米科技、精密探测等技术的不断发展，基于高分辨率、高精度微位移测量系统的纳米级扫描探针技术在表面科学、材料科学、生命科学等各个领域发挥着越来越重要的作用。目前，高分辨率、高精度微位移测量系统主要采用压电陶瓷、微机械结构应力反馈等方法来实现探针系统微位移的精密测量与控制。Liu等采用压电陶瓷结构的微驱动特性，利用FPGA电压反馈控制方法，研制了高分辨率的微位移测量系统，分辨率达到30nm。但由于压电陶瓷迟滞、蠕变、非线性的问题，限制了分辨率的提高。Ito等利用Cr-N薄膜结构的高灵敏度应力敏感特性，结合微机械结构微位移作用下的应力反馈检测，实现的对20nm分辨率的微位移检测。Gather等采用微机械弹性共振结构在微位移作用下产生的应力来反馈检测微位移大小，实现了对2nm大小的微位移高分辨率检测。然而受限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于金刚石NV色心自旋磁共振效应的微位移测量系统，其特征在于：包括金刚石（1），永磁体（2），PCB天线（3），信号源（4），微波源（5），锁相放大器（6），数字示波器（7），光电探测器（8），激光器（9），二向色镜（10），物镜（11），平凸镜（12），滤光片（13）及位移台（14）；所述位移台（14）的固定单元上安放有物镜（11）和金刚石（1），所述金刚石（1）位于物镜（11）的焦点处，所述金刚石（1）位于PCB天线（3）中心；所述位移台（14）的移动单元上安放永磁体（2）；所述激光器（9）发出的激光通过二向色镜（10）射向物镜（11）后照射金刚石（1）；所述金刚石（1）发出的荧光...

【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石NV色心自旋磁共振效应的微位移测量系统，其特征在于：包括金刚石（1），永磁体（2），PCB天线（3），信号源（4），微波源（5），锁相放大器（6），数字示波器（7），光电探测器（8），激光器（9），二向色镜（10），物镜（11），平凸镜（12），滤光片（13）及位移台（14）；所述位移台（14）的固定单元上安放有物镜（11）和金刚石（1），所述金刚石（1）位于物镜（11）的焦点处，所述金刚石（1）位于PCB天线（3）中心；所述位移台（14）的移动单元上安放永磁体（2）；所述激光器（9）发出的激光通过二向色镜（10）射向物镜（11）后照射金刚石（1）；所述金刚石（1）发出的荧光依次通过物镜（11）、二向色镜（10）、平凸镜（12）、滤光片（13）进入光电探测器（8）进行荧光信号采集；所述光电探测器（8）输出两路信号，一路直接输入数字示波器（7）用于观测ESR荧光信号，另一路通过锁相放大器（6）输入数字示波器（7）得到对应的解调曲线；所述信号源（4）发出信号并分成两路，一路信号进入微波源（5），用于对所发出的微波信号进行调制，另一路作为参考信号进入锁相放大器（6）；所述微波源（5）产生的微波通过PCB天线（3）发射，作用在金刚石（1）的NV色心上；所述金刚石（1）、永磁体（2）、PCB天线（3）、光电探测器（8）、二向色镜（10）、物镜（11）、平凸镜（12）、滤光片（13）及位移台（14）处于磁屏蔽（15）中。2.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心自旋磁共振效应的微位移测量系统，其特征在于：所述永磁体（2）为圆柱形状，其材料为N35烧结钕铁硼，沿轴线方向均匀磁化，其磁化强度M为0.1229T，半径r=8×10-3m，厚度h=1×10-3m。3.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心自旋磁共振效应的微位移测量系统，其特征在于：所述PCB天线（3）为微带天线，中心频率为2.87GHz。4.一种基于金刚石NV色心自旋磁共振效应的微位移测量方法，该方法应...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭浩，刘俊，唐军，赵锐，刘文耀，杜芳芳，王磊，赵彬彬，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14