一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线制造方法及图纸

本申请提供一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线，使得微波通过微波天线发射后进入荧光收集装置的金刚石内，金刚石表面设为激光入射区及激光非入射区，微波天线设置微波入射区及微波非入射区，微波入射区对应激光入射区设置，微波入射区内设有微纳结构，微纳结构包括若干条平行设置的微纳线。本申请的有益效果是：解决由于金刚石表面安装探测器元件而无法直接使得微波天线贴合金刚石表面安装的问题，使得微波产生器经放大器后经过微纳结构后向金刚石内耦合微波的问题，实现NV色心系综磁强计高灵敏度测磁。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线
本公开涉及航天器磁环境测量研究领域，具体涉及一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线。
技术介绍
目前，磁场测量设备主要由磁通门磁强计、光泵磁强计、SQUID等，由于这些设备分别存在灵敏度低、带宽小、重量大、不能矢量测量等问题，使之不能满足空间磁场、地球磁场研究的需求。近年来，国际上正在关注基于金刚石NV色心的磁强计。金刚石NV色心是指一个N原子替换掉一个C原子，随后俘获一个空穴后形成可以发出637nm荧光的NV色心。NV色心能级基态为自旋三重态，且没有荧光闪烁和荧光漂白效应，可以利用塞曼效应进行磁场测量。通过ODMR方法进行荧光信号强度的测量，利用荧光信号变化和微波频率得知塞曼效应导致的能级劈裂，进而得到外磁场大小。对于金刚石NV色心系综磁强计系综，提高探测信号的对比度F将有效提高系统灵敏度。读出对比度和每次测量每个NV色心读出的光子数的关系是在这种情况下，可以通过提高几何收集效率ηgeo提高灵敏度，其中ηgeo＝N/Nmax，N是每次测量收集到的光子数、Nmax是NV色心发射的光子总数。由于金刚石的高折射率，金刚石和空气界面的全反射角仅为28°，荧光光子难以从金刚石出射到达探测器。采用数值孔径分别为0.95、1.49的油浸润式物镜时，仅仅能收集3.7％和10.4％的光子。金刚石内部杂质和晶格对与637nm荧光的吸收效率非常低，荧光的损耗主要由于多次反射后在金刚石表面出射。当NV色心系综磁强计荧光收集装置采用在金刚石各个荧光光子出射的表面设置探测器元件的技术方案时，可提高NV色心系综磁强计灵敏度，但是该荧光收集装置的技术方案会存在现有技术中板状的内部设有铜板的微波天线无法在金刚石表面安装，从而使得微波无法射入金刚石内耦合NV色心。
技术实现思路
本申请的目的是针对以上问题，提供一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线。第一方面，本申请提供一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线，使得微波通过所述微波天线发射后进入所述荧光收集装置的金刚石内，所述金刚石表面设为激光入射区及激光非入射区，所述微波天线设置微波入射区及微波非入射区，所述微波入射区对应激光入射区设置，所述微波入射区内设有微纳结构，所述微纳结构包括若干条平行设置的微纳线，所述微波经过微纳结构后射入金刚石的激光入射区内。根据本申请实施例提供的技术方案，所述微波天线设置为铜板体结构，所述铜板体结构设为所述微波入射区及微波非入射区，微波入射区的面积大于激光入射区的面积，在铜板体结构上对应微波入射区烧蚀若干条平行的所述微纳线。根据本申请实施例提供的技术方案，在所述金刚石对应激光入射区的表面镀制若干条平行的微纳线，形成所述微纳结构。根据本申请实施例提供的技术方案，所述微波天线设置为玻璃板，所述玻璃板表面设为所述微波入射区及微波非入射区，所述微波入射区的轮廓形状与激光入射区的轮廓形状一致，微波入射区的面积大于等于激光入射区的面积，在玻璃板上对应微波入射区镀制若干条平行的微纳线。根据本申请实施例提供的技术方案，所述铜板体结构对应微波非入射区的各个表面设置绝缘层。本申请提供一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线，具有以下有益效果：在NV色心系综磁强计荧光收集装置中采用在金刚石各表面设置探测器元件的技术方案的基础上，在对应金刚石的激光入射区设置微波可发射射入的微纳结构，可将微波高效耦合至金刚石内从而激发金刚石NV色心，提高磁强计灵敏度。附图说明图1为本申请第一种实施例中一种实施方式的微波天线的结构示意图；图2为图1的微波天线设置在金刚石上的结构示意图；图3为图1的微波天线设置在荧光收集装置上的主视图；图中所述文字标注表示为：1、微波入射区；2、微波非入射区；3、微纳结构；4、微波天线；100、金刚石；110、激光入射区；200、荧光全反射层；310、物镜；320、反射镜；330、顶面滤片；340、顶面荧光探测器；510、侧面滤片；520、侧面荧光探测器；610、底面滤片；620、底面荧光探测器。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。如图1所示为本申请的第一种实施例的示意图，使得微波通过所述微波天线发射后进入所述荧光收集装置的金刚石内，所述金刚石表面设为激光入射区及激光非入射区，所述微波天线4设置微波入射区1及微波非入射区2，所述微波入射区对应激光入射区设置，所述微波入射区内设有微纳结构，所述微纳结构包括若干条平行设置的微纳线，所述微波经过微纳结构3后射入金刚石的激光入射区内。本实施例中，为了与NV色心系综磁强计荧光收集装置相适配，设计本申请的微波天线结构。本实施例的荧光收集装置包括在产生NV色心荧光的金刚石100侧面设置的侧面荧光反射部或者侧面荧光探测部，以及对应所述金刚石100底面设置的底面荧光探测部；所述金刚石100的上表面划分为激光入射区110及激光非入射区，如图2所示，也即激光入射区110以外的金刚石100上表面的其余全都为激光非入射区。所述激光非入射区表面设有荧光全反射层200，入射激光或微波由所述激光入射区射入所述金刚石100内，激发金刚石NV色心产生荧光；所述侧面荧光反射部，用于将NV色心发出的水平方向的荧光光子反射向金刚石100的底面方向；所述侧面荧光探测部，用于检测由金刚石100侧面射出的荧光光子；所述底面荧光探测部，用于检测由金刚石100底面射出的荧光光子。本实施例中，对于金刚石100上表面的激光非入射区出射的荧光光子主要由多次散射造成的，由于在金刚石100的上表面的激光非入射区位置不方便安装荧光探测器，因此本实施例在激光非入射区表面设置荧光全反射层200，使得荧光光子不在该区域的表面出射，使其重新回到金刚石100内部经过多次反射后重新被其他位置的荧光探测器接收，从而提高其他位置的荧光光子收集率。本实施例中，利用金刚石100蒸镀全反射层工艺可以在金刚石100表面建立荧光全反射层200，形成全反射结构。荧光反射层的材料包括但不限于金。本实施例中，激光入射区的形状可根据实际设置为多种形状：圆形、椭圆、矩形或其他不规则图形等。图2所示为激光入射区形状为圆形时微波天线4放置在金刚石表面的结构示意图。在金刚石100的侧面设置侧面荧光反射部或者侧面荧光探测部，当设置侧面荧光反射部时，可使得荧光光子不在金刚石100的侧面出射，反射回金刚石100内部，从而提高其他位置的荧光光子收集率；当设置侧面荧光探测部时，可收集由金刚石100侧面出射的荧光光子，从而提高荧光收集效率。在金刚石100的底面设置底面荧光探测部，可收集由金刚石100底面出射的荧光光子，从而提高荧光收集效率。本实施例中，对于激光入射区出射的荧光光子通过顶面荧光探测部进行收集探测，所述顶面荧光探测部，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线，使得微波通过所述微波天线发射后进入所述荧光收集装置的金刚石内，所述金刚石表面设为激光入射区及激光非入射区，其特征在于，所述微波天线设置微波入射区及微波非入射区，所述微波入射区对应激光入射区设置，所述微波入射区内设有微纳结构，所述微纳结构包括若干条平行设置的微纳线，所述微波经过微纳结构后射入金刚石的激光入射区内。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线，使得微波通过所述微波天线发射后进入所述荧光收集装置的金刚石内，所述金刚石表面设为激光入射区及激光非入射区，其特征在于，所述微波天线设置微波入射区及微波非入射区，所述微波入射区对应激光入射区设置，所述微波入射区内设有微纳结构，所述微纳结构包括若干条平行设置的微纳线，所述微波经过微纳结构后射入金刚石的激光入射区内。


2.根据权利要求1所述的应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线，其特征在于，所述微波天线设置为铜板体结构，所述铜板体结构设为所述微波入射区及微波非入射区，所述微波入射区的轮廓形状与激光入射区的轮廓形状一致，微波入射区的面积大于等于激光入射区的面积，在铜板体...

【专利技术属性】
技术研发人员：高扬，易忠，徐超群，郭世超，张琼予，孟立飞，肖琦，张超，刘超波，黄魁，邓佳欣，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11