本发明专利技术属于光纤传感器技术领域，公开了一种光纤集成金刚石NV色心的磁场传感器包括激光器光源、磁场光纤传感机构、偏置永磁铁、微波波导机构、第一数据处理机构以及第二数据处理机构；激光器光源通过第一尾纤和环形器与磁场光纤传感机构的一侧相连接，激发磁场光纤传感机构发出荧光，环形器与第一数据处理机构相连接，磁场光纤传感机构的另一侧与第二数据处理机构相连接，荧光分别以耦合的方式进入第一数据处理机构和第二数据处理机构。据处理机构和第二数据处理机构。据处理机构和第二数据处理机构。
【技术实现步骤摘要】
一种光纤集成金刚石NV色心的磁场传感器
[0001]本专利技术涉及光纤传感器
，尤其是涉及一种光纤集成金刚石NV色心的磁场传感器。
技术介绍
[0002]磁现象是被人类最早认知的物理现象之一，早在几千年前中国古人就用天然磁石制成了司南实现了对磁场的基本的应用并因此促进了地理和海上贸易的发展，历史上对磁场应用的探索也极大的促进了人类文明的进步，如今与磁场相关的应用也对保障我们生产生活的正常进行做出了巨大的贡献，在生物医疗、地理测绘和驾驶导航等领域中都有着重要的应用。由此可见磁场的测量具有广阔的应用前景，磁场的测量技术也随着科技的进步而不断发展。光探测磁共振(Optically detected magnetic resonance，ODMR)技术是一种新的磁场测量方法，其对磁场进行测量的原理是一边对NV色心进行激光泵浦和微波扫频的自旋调控，一边测量NV色心发出荧光强度随微波频率改变而变化的光探测磁共振谱，其上会出现因微波频率满足NV色心不同自旋态间的能级差而出现发出荧光强度下降的凹陷。在没有外部磁场的情况下凹陷只有一个，而在有外部磁场的情况下，简并的能级会因为塞曼效应而发生劈裂导致凹陷的数目从一个变为两个，根据两个凹陷间微波频率的差值解哈密顿量方程，即可得到磁场的大小，与传统磁场测量方法相比这种方法测量磁场大小的灵敏度能够提高两个数量级。
[0003]现有的磁场传感器灵敏度低，不能满足相关技术检测的需要。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是解决上述现有技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种光纤集成金刚石NV色心的磁场传感器，包括激光器光源、磁场光纤传感机构、偏置永磁铁、微波波导机构、第一数据处理机构以及第二数据处理机构；
[0006]激光器光源通过第一尾纤和环形器与磁场光纤传感机构的一侧相连接，激发磁场光纤传感机构发出荧光，环形器与第一数据处理机构相连接，磁场光纤传感机构的另一侧与第二数据处理机构相连接，荧光分别以耦合的方式进入第一数据处理机构和第二数据处理机构。
[0007]优选的，磁场光纤传感机构包括金刚石片以及设置在金刚石片两侧的单模光纤，其中一个单模光纤与环形器相连接。
[0008]优选的，第一数据处理机构包括依次连接的第三尾纤、第一光纤滤波器、第二尾纤以及第一数据处理模块，第三尾纤与环形器相连接。
[0009]优选的，第二数据处理机构包括依次连接的第二光纤滤波器、第四尾纤以及第二数据处理模块，第二光纤滤波器与另一单模光纤相连接。
[0010]优选的，偏置永磁铁设置有两个，两个偏置永磁铁分别设置在金刚石片的上下两
侧。
[0011]优选的，微波波导机构包括微波波导和微波源，微波源与微波波导相连接，微波波导采用铜线，铜线绕设在金刚石片上。
[0012]优选的，第一数据处理模块和第二数据处理模块均包括偏压控制电路、雪崩光电二极管、放大电路、滤波电路以及转换电路，偏压控制电路与雪崩光电二极管相连接，雪崩光电二极管用于接收荧光信号，雪崩光电二极管、放大电路、滤波电路以及转换电路依次连接。
[0013]因此，本专利技术具有以下有益效果：
[0014](1)以光纤传输激光到金刚石片并以光纤接收金刚石片中NV色心发出的荧光，激光能够以耦合的方式进入到金刚石片中，荧光也能以耦合的方式进入到光纤中，提高了激光的传输效率和荧光的接收效率，使得传感器测量磁场的灵敏度提高。
[0015](2)通过在金刚石片两面各粘贴一根单模光纤来对金刚石片进行固定，通过将铜线作为微波波导并缠绕在金刚石片上实现了将微波源发出的微波传输到金刚石片附近的功能，传感器中光纤和铜线的大量应用大大缩小了传感器的体积。
[0016](3)将一对偏置永磁铁在金刚石片上下两边对称放置的方案，来对金刚石片中的NV色心施加偏置磁场以消除金刚石晶体内部应力对NV色心的影响，进一步地提高磁场检测灵敏度。
[0017](4)采用第一数据处理模块和第二数据处理模块来接收NV色心发出的荧光，第一数据处理模块和第二数据处理模块中的雪崩光电二极管的偏压由偏压控制电路控制，可以通过改变雪崩光电二极管的偏压大小来消除环境温度改变对增益大小的影响，放大电路将雪崩光电二极管输出的不易检测的弱光电流放大成易于检测的强光电流，滤波电路则会将放大电路输出的强光电流中的各种实验噪声滤除以提高光电流的信噪比，电流转电压电路会将不易检测的电流信号转换为易于检测的电压信号。最终能将NV色心发出的不易检测弱荧光转化为易于检测的具有高信噪比的强光电压，进一步提高磁场检测灵敏度。
[0018]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0019]图1为一种光纤集成金刚石NV色心的磁场传感器的结构图；
[0020]图2为本专利技术带有NV色心的金刚石片被激光激发并发出荧光的示意图；
[0021]图3为本专利技术磁场光纤传感机构的结构图；
[0022]图4为本专利技术第一数据处理模块的结构图。
[0023]附图标记
[0024]1、激光器光源；2、第一尾纤；3、环形器；4、磁场光纤传感机构；41、金刚石片；42、单模光纤；5、偏置永磁铁；6、第二光纤滤波器；7、第四尾纤；8、第二数据处理模块；9、微波波导；10、微波源；11、第一数据处理模块；12、第二尾纤；13、第一光纤滤波器；14、第三尾纤；15、激光；16、荧光；17、微波。
具体实施方式
[0025]实施例
[0026]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0027]在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0028]下面结合附图，对本专利技术的实施方式作详细说明。
[0029]参考图1，一种光纤集成金刚石NV色心的磁场传感器,包括激光器光源1、磁场光纤传感机构4、偏置永磁铁5、微波波导机构、第一数据处理机构以及第二数据处理机构。
[0030]具体部件结构如下：
[0031]磁场光纤传感机构4包括金刚石片41以及设置在金刚石片41两侧的单模光纤42。选取一块厚约500μm面积约为1mm2的金刚石片41，选取两根长约40cm的单模光纤42，将这两根单模光纤42两端3cm长的涂覆层去除，用光纤切割刀将这两根单模光纤42的两端切除本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光纤集成金刚石NV色心的磁场传感器，其特征在于：包括激光器光源、磁场光纤传感机构、偏置永磁铁、微波波导机构、第一数据处理机构以及第二数据处理机构；激光器光源通过第一尾纤和环形器与磁场光纤传感机构的一侧相连接，激发磁场光纤传感机构发出荧光，环形器与第一数据处理机构相连接，磁场光纤传感机构的另一侧与第二数据处理机构相连接，荧光分别以耦合的方式进入第一数据处理机构和第二数据处理机构。2.根据权利要求1的一种基于金刚石NV色心的高效光纤磁场传感器，其特征在于：磁场光纤传感机构包括金刚石片以及设置在金刚石片两侧的单模光纤，其中一个单模光纤与环形器相连接。3.根据权利要求2的一种基于金刚石NV色心的高效光纤磁场传感器，其特征在于：第一数据处理机构包括依次连接的第三尾纤、第一光纤滤波器、第二尾纤以及第一数据处理模块，第三尾纤与环形器相连接。4.根据权利要求3的一种基于金刚石NV...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦一凡，张旻阳，张羽，金威，牟金华，刘佳鑫，刘志海，苑立波，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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