一种微波耦合光探测磁共振装置制造方法及图纸

一种微波耦合光探测磁共振装置，本发明专利技术针对金刚石中的NV色心量子态难以初始化、操控及读出以及NV色心光强变化检测等问题。本发明专利技术微波耦合光探测磁共振装置中光学系统连接单元包括成像激光器、激发激光器、准直转接件、光路室、镜头组件和相机，光路室内部设置有反射镜组、二相色镜、中部反射镜和一号半透半反镜，激光发射器发出激光经反射镜组的多次反射进入镜头组件，经过一号半透半反镜的一路分光进光谱仪，另一路分光进入计数单元，在计数单元中设置有单光子探测器和半透半反镜，微波信号施加到样品上。本发明专利技术微波耦合光探测磁共振装置设计多通道光路模式，实现光谱、光强、光像同时测量，具有光－微波脉冲调制、量子光源反聚束等功能。等功能。等功能。

【技术实现步骤摘要】
一种微波耦合光探测磁共振装置


[0001]本专利技术属于半导体材料及量子
，具体涉及金刚石中的NV色心光磁调控装置。

技术介绍

[0002]钻石(金刚石)内部色心的量子系统由于存在强的碳碳键而不受外部环境的影响。与常用的量子系统相比，如冷原子系统、离子阱和约瑟夫森结，它们需要超低温或高真空环境来最小化噪声水平，而钻石内的色心在室温和常压下即可表现出优异的量子相干特性。这在量子信息处理、量子计算和快速发展的量子检测领域中具有广泛的潜在应用前景。金刚石NV色心的独特之处在于其电子自旋的哈密顿量包含磁场、电场、应力场及温度场参量，因此其自旋态对外界敏感，可用作亚纳米尺度极微弱场量子探测器件。而另一特点是NV色心的不同自旋态表现出不同的荧光强度，这也将建立起微观量子态与宏观光场的联系。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对金刚石中的NV色心量子态难以初始化、操控及读出以及NV色心光强变化检测的问题，而提供一种微波耦合光探测磁共振(ODMR)装置。
[0004]本专利技术微波耦合光探测磁共振(ODMR)装置包括光学系统连接单元、微波系统连接单元、光谱仪和计数单元，其中光学系统连接单元包括成像激光器、激发激光器、准直转接件、光路室、镜头组件和相机，准直转接件通过光纤与成像激光器相连，激发激光器和光路室之间设置有声光调制器；
[0005]光路室内部设置有反射镜组、二相色镜、中部反射镜和一号半透半反镜，激光发射器发出激光经反射镜组的多次反射进入镜头组件，镜头组件由上层部件、中层部件和下层部件组成，光路室位于上层部件后部，准直转接件位于下层部件后部；上层部件内置有镜头反射镜使来自光路室的激光经反射后竖直向下由物镜聚焦在带有NV色心的金刚石样品上，中层部件内置有镜头半透半反镜，镜头半透半反镜上带有拉杆，中层部件的侧方经光路连接有相机，下层部件内置有带有拉杆的反射镜；
[0006]带有NV色心的金刚石样品位于镜头组件的正下方；
[0007]带有NV色心的金刚石样品的信号光经镜头组件由竖直(向上)变为平行光反射进光路室，信号光再依次经二相色镜和中部反射镜后通过一号半透半反镜进行分光，一号半透半反镜上带有拉杆；
[0008]经过一号半透半反镜的一路分光进光谱仪，另一路分光进入计数单元，在计数单元中设置有两个单光子探测器和二号半透半反镜；
[0009]微波系统连接单元中包括微波射频源，使微波信号施加到带有NV色心的金刚石样品上。
[0010]本专利技术微波耦合光探测磁共振装置通过设计耦合光学采集单元、微波射频单元以及电学控制单元，搭建一种微波耦合光探测磁共振(ODMR)装置，实现对NV色心量子态的光
学极化、微波操控及状态读出。该系统设计多通道光路模式，实现光谱、光强、光像同时测量，并具有光－微波脉冲调制、量子光源反聚束等一系列功能。基于该装置，不仅能建立起一整套物理参量新型量子探测模式，突破经典测量极限，逼近或达到海森堡极限；也能实现量子三比特的操控，开发出量子计算的新技术路线。
[0011]该微波耦合光探测磁共振装置针对量子
中固态量子体系NV色心的表征、探测、操控与应用，设计搭建一套完整平台。对金刚石基NV色心量子传感器件、单光子源等关键技术工程领域提供技术支撑，具有重要的示范作用和牵引性作用。
附图说明
[0012]图1为本专利技术微波耦合光探测磁共振装置的结构示意图；
[0013]图2为光路室内部的结构示意图，图中箭头指光路反射路径；
[0014]图3为镜头组件的结构示意图；
[0015]图4为镜头组件和光路室的位置关系图；
[0016]图5为实施例中光路室内部的实物照片；
[0017]图6为实施例中计数部分光路模块实物照片；
[0018]图7是实施例中应用微波耦合光探测磁共振装置获得光像测试图；
[0019]图8是实施例中应用微波耦合光探测磁共振装置获得光谱测试图；
[0020]图9是实施例中应用微波耦合光探测磁共振装置获得荧光强度对磁场和微波的响应测试图，沿箭头方向依次为
‑
15dB、
‑
10dB、
‑
5dB、0dB。
具体实施方式
[0021]具体实施方式一：本实施方式微波耦合光探测磁共振装置包括光学系统连接单元、微波系统连接单元、光谱仪A23和计数单元A3，其中光学系统连接单元包括成像激光器A11、激发激光器A21、准直转接件A12、光路室2、镜头组件3和相机4，准直转接件A12通过光纤与成像激光器A11相连，激发激光器A21和光路室2之间设置有声光调制器7；
[0022]光路室2内部设置有反射镜组2
‑
1、二相色镜2
‑
2、中部反射镜2
‑
3和一号半透半反镜2
‑
4，激光发射器A21发出激光经反射镜组2
‑
1的多次反射进入镜头组件3，镜头组件3由上层部件、中层部件和下层部件组成，光路室2位于上层部件后部，准直转接件A12位于下层部件后部；上层部件内置有镜头反射镜3
‑
1使来自光路室2的激光经反射后竖直向下由物镜聚焦在带有NV色心的金刚石样品6上，中层部件内置有镜头半透半反镜3
‑
2，镜头半透半反镜3
‑
2上带有拉杆，中层部件的侧方经光路连接有相机4，下层部件内置有带有拉杆的反射镜3
‑
3；
[0023]带有NV色心的金刚石样品6位于镜头组件3的正下方；
[0024]带有NV色心的金刚石样品6的信号光经镜头组件3
‑
1由竖直(向上)变为平行光反射进光路室2，信号光再依次经二相色镜2
‑
2和中部反射镜2
‑
3后通过一号半透半反镜2
‑
4进行分光，一号半透半反镜2
‑
4上带有拉杆；
[0025]经过一号半透半反镜2
‑
4的一路分光进光谱仪A23，另一路分光进入计数单元A3，在计数单元A3中设置有两个单光子探测器和二号半透半反镜A34；
[0026]微波系统连接单元中包括微波射频源B2，使微波信号施加到带有NV色心的金刚石
样品6上。
[0027]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是激光器A11采用532nm绿光激光器。
[0028]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是成像激光器A11和激发激光器A21分别与电源1相连。
[0029]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述的相机4为彩色相机。
[0030]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是带有NV色心的金刚石样品6放置在样品台5上。
[0031]具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是计数单元A3中的二号半透半反镜A34带有拉杆，在计数单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.微波耦合光探测磁共振装置，其特征在于该微波耦合光探测磁共振装置包括光学系统连接单元、微波系统连接单元、光谱仪(A23)和计数单元(A3)，其中光学系统连接单元包括成像激光器(A11)、激发激光器(A21)、准直转接件(A12)、光路室(2)、镜头组件(3)和相机(4)，准直转接件(A12)通过光纤与成像激光器(A11)相连，激发激光器(A21)和光路室(2)之间设置有声光调制器(7)；光路室(2)内部设置有反射镜组(2
‑
1)、二相色镜(2
‑
2)、中部反射镜(2
‑
3)和一号半透半反镜(2
‑
4)，激光发射器(A21)发出激光经反射镜组(2
‑
1)的多次反射进入镜头组件(3)，镜头组件(3)由上层部件、中层部件和下层部件组成，光路室(2)位于上层部件后部，准直转接件(A12)位于下层部件后部；上层部件内置有镜头反射镜(3
‑
1)使来自光路室(2)的激光经反射后竖直向下由物镜聚焦在带有NV色心的金刚石样品(6)上，中层部件内置有镜头半透半反镜(3
‑
2)，镜头半透半反镜(3
‑
2)上带有拉杆，中层部件的侧方经光路连接有相机(4)，下层部件内置带有拉杆的反射镜(3
‑
3)；带有NV色心的金刚石样品(6)位于镜头组件(3)的正下方；带有NV色心的金刚石样品(6)的信号光经镜头组件(3
‑
1)由竖直方向变为平行光反射进光路室(2)，信号光再依次经二相色镜(2
‑
2)和中部反射镜(2
‑
3)后通过一号半透半反镜(2
‑
4)进行分光，一号半透半反镜(2
‑
4)上带有拉杆；经过一号半透半反镜(2
‑
4)的一路分光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张森，朱嘉琦，刘康，刘本建，代兵，赵继文，李一村，郝晓斌，曹文鑫，杨磊，韩杰才，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：