一种应用于固体色心自旋的表面波导微带天线制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于固体色心自旋的表面波导微带天线，表面波导微带天线包括位于基板上的外层天线、中间层天线，以及位于金刚石上的内层天线；基板上开设盲孔，金刚石嵌套在盲孔中，且金刚石的上表面与基板的上表面平齐；外层天线、中间层天线、内层天线均为方环形状，且从外到内依次嵌套；外层天线、中间层天线的侧方均有一个开口，且外层天线、中间层天线的开口位于各自天线的相反侧；外层天线、中间层天线、内层天线共同组成表面波导微带天线，谐振频率为2.87GHz；电磁波通过辐射的方式在表面波导微带天线间进行传输，产生谐振。本发明专利技术不仅功率较高，微波磁场具有较高均匀度，而且不需要额外飞线，安装工艺简单。安装工艺简单。安装工艺简单。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于固体色心自旋的表面波导微带天线


[0001]本专利技术涉及磁场测量领域，具体涉及一种应用于固体色心自旋的表面波导微带天线。

技术介绍

[0002]微弱磁场的测试工作在物理研究、生物医疗，深空探测等多个领域都有广泛的应用。其中，固态自旋量子磁强计是近几年备受关注的一类磁场传感器，原理是利用固体材料中缺陷的自旋共振特性，主要以金刚石NV色心材料为主。这种材料会在外部磁场的作用下产生能级分裂。该技术和MEMS微加工技术、量子操控等多项技术相结合发展起来的量子弱磁测量技术是量子传感技术的重要组成部分。国内外已经对金刚石NV色心光场调制技术，微波圆极化技术等主要技术难点进行了研究。其重点在于提高微带天线传播微波能量的能力，进而提高荧光对比度。目前，常用于金刚石NV色心的天线方式包括在金刚石样品表面镀制天线和电极的表面波导，缺点是表面的天线结构要通过电极连接到外界PCB板上，工艺复杂，电极处容易损坏，且无法承受较大功率的微波；或在PCB板上敷铜制作天线结构后将金刚石粘贴在PCB上表面，缺点是金刚石在PCB板上方，天线的微波传递的能量在金刚石的下表面，而激光直接激发的是金刚石的上表面，导致微波功率损耗较大。因此，需要专利技术一种工艺简单，且能应用于金刚石NV色心固体自旋反射式荧光收集的微波天线。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种应用于固体色心自旋的表面波导微带天线，该天线能够在保证天线的较高的激发功率的同时减少微波功率的损耗。
[0004]一种应用于固体色心自旋的表面波导微带天线，所述表面波导微带天线包括位于基板上的外层天线、中间层天线，以及位于金刚石上的内层天线；
[0005]所述基板上开设盲孔，所述金刚石嵌套在所述盲孔中，且所述金刚石的上表面与所述基板的上表面平齐；
[0006]所述外层天线、中间层天线、内层天线均为方环形状，且从外到内依次嵌套；所述外层天线、中间层天线的侧方均有一个开口，且所述外层天线、中间层天线的开口位于各自天线的相反侧；
[0007]所述外层天线、中间层天线、内层天线共同组成表面波导微带天线，谐振频率为2.87GH z；电磁波通过辐射的方式在所述表面波导微带天线间进行传输，产生谐振。
[0008]进一步地，所述基板的盲孔的深度与所述金刚石的厚度相等，且所述盲孔的形状与所述金刚石的形状相同，使得金刚石刚好嵌入所述盲孔中，且所述金刚石的上表面与所述基板的上表面平齐。
[0009]进一步地，所述外层天线、中间层天线、内层天线均为铜线。
[0010]进一步地，所述金刚石为带有NV色心的金刚石。
[0011]进一步地，所述外层天线、中间层天线通过连接线连接。
[0012]进一步地，所述内层天线通过沉积方式形成在所述金刚石的上表面中部。
[0013]本专利技术的有益效果如下：
[0014]本专利技术采取了基板上天线和金刚石表面的天线相结合的技术手段，解决了仅在基板上有天线导致功率较低的技术缺点，也解决了仅在金刚石表面镀铜而需要外接飞线到基板上导致工艺复杂的缺点。设计的表面波导微带天线不仅功率较高，微波磁场具有较高均匀度，而且不需要额外飞线。安装工艺简单，只需要把带有NV色心的金刚石样品嵌入到基板的盲孔中即可。本专利技术能够应用于反射式荧光采集的金刚石NV色心测量系统中，能够降低天线发射功率，提高传感器信噪比。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0016]图1为本专利技术其中一种实施例的应用于固体色心自旋的表面波导微带天线的装置示意图。
[0017]图2为本专利技术其中一种实施例的应用于固体色心自旋的表面波导微带天线的爆炸图。
[0018]附图1标记列示如下：1.基板，2.外层天线；3.中间层天线；4.金刚石；5.内层天线；101.盲孔。
具体实施方式
[0019]下面根据附图和优选实施例详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0020]如图1所示，本专利技术提出一种应用于固体色心自旋的表面波导微带天线，可以应用于反射式的金刚石NV磁场测量系统中。如图1所示，该表面波导微带天线包括位于基板1上的外层天线2、中间层天线3，以及位于金刚石4上的内层天线5。
[0021]如图2所示，金刚石4为带有NV色心的金刚石，基板1为PCB板。基板1的中部有个不透光的盲孔101，盲孔尺寸和金刚石尺寸相同，在盲孔内嵌入金刚石4，令金刚石4上表面和基板1上的天线在同一平面。内层天线5镀制在金刚石4上表面。外层天线2、中间层天线3、内层天线5均为方环形状，且从外到内依次嵌套；外层天线2、中间层天线3的一侧均有一个开口，且外层天线2、中间层天线3的开口位于各自天线的相反侧。外层天线2、中间层天线3的上端通过连接线连接。外层天线、中间层天线、内层天线共同组成表面波导微带天线，用于激发金刚石样品上表面，谐振频率为2.87GHz；电磁波通过辐射的方式在所述表面波导微带天线间进行传输，产生谐振。
[0022]由于金刚石上表面和天线表面在同一个水平面，所以NV色心的激发效率高，且金刚石内嵌于方形环的内部，微波磁场具有较高均匀度。本专利技术能够应用于反射式荧光采集的金刚石NV色心测量系统中，能够降低天线功率，提高传感器信噪比。
[0023]天线的最优尺寸利用扫描参数法获得，扫描时将以上参数同时输入，并设定范围，
分别解算。作为其中一种实施方式，天线尺寸的主要参数包括基板厚度0.9mm、外层天线边长9.1mmm，线宽0.8mm和开口处的宽度0.3mm；中间层天线边长6.5mm、线宽0.5mm和开口处的宽度0.5mm；内层天线边长2.4mm、线宽0.8mm、三层天线的距离(外层天线距中层天线0.5mm，中间层距离内层天线1.5mm)、中间层天线和外层天线连接线的宽度0.6mm、引出处的长度2.5mm和宽度0.6mm；焊接处的长度9.3mm和宽度1.6mm。
[0024]本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为专利技术的优选实例而已，并不用于限制专利技术，尽管参照前述实例对专利技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在专利技术的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在专利技术的保护范围之内。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于固体色心自旋的表面波导微带天线，其特征在于，所述表面波导微带天线包括位于基板上的外层天线、中间层天线，以及位于金刚石上的内层天线；所述基板上开设盲孔，所述金刚石嵌套在所述盲孔中，且所述金刚石的上表面与所述基板的上表面平齐；所述外层天线、中间层天线、内层天线均为方环形状，且从外到内依次嵌套；所述外层天线、中间层天线的侧方均有一个开口，且所述外层天线、中间层天线的开口位于各自天线的相反侧；所述外层天线、中间层天线、内层天线共同组成表面波导微带天线，谐振频率为2.87GHz；电磁波通过辐射的方式在所述表面波导微带天线间进行传输，产生谐振。2.根据权利要求1所述的应用于固体色心自旋的表面波导微带天线，其特征在于，所述基...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭强，张宁，张梦诗，李梓文，王子轩，于婷婷，马政，刘青，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：