一种用于制备金刚石NV色心传感探头的装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于制备金刚石NV色心传感探头的装置及系统，其中，装置包括夹具、金刚石调节装置、点胶机构以及控制处理器。通过控制器控制金刚石调节装置以控制对金刚石的吸附、对金刚石接合位置的调整，以及控制点胶机构的胶合操作，以实现自动化接合，并且可精细化调整金刚石的位置，使得传感探头的制备效率高、一致性好、稳定性好，可量化生产。在制备装置与光学检测装置构成的制备系统中，可通过转动金刚石至不同位置，遍历金刚石NV轴向与磁场方向的不同夹角，并获取不同位置金刚石的磁场

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备金刚石NV色心传感探头的装置及系统


[0001]本专利技术涉及量子传感领域，特别是涉及一种用于制备金刚石NV色心传感探头的装置及系统。

技术介绍

[0002]基于金刚石NV色心的传感器被广泛应用于量子传感领域，传感器的制备方式多采用将金刚石与光纤接合、与探针或例如玻璃材质的承载台进行接合的方式。现有技术中的基于金刚石NV色心的传感器的制备工艺多为手工制备，例如申请号为CN202110994982.0的专利中，通过粘结或熔接的方式将金刚石接合在光纤端面上，申请号为CN202011022322.8的专利中，通过涂覆的方式将掺杂了含有NV色心的纳米金刚石颗粒的溶胶
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凝胶接合在光纤的端面上。
[0003]采用手工制备传感探头存在的问题在于制备效率低、一致性差、无法适用于工业化生产。另一方面，所采用的接合方法均为随机接合，随机接合后的传感器在使用过程中，其探测灵敏度往往无法满足测量需要，并且在多次使用过程中难以保证探测灵敏度的一致性。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于制备金刚石NV色心传感探头的装置及系统，用于解决现有技术中采用手工制备传感探头存在制备效率低、一致性差、无法适用于工业化生产；以及手工随机接合的传感探头无法快捷、准确的获得所需探测灵敏度的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种用于制备金刚石NV色心传感探头的装置，包括：夹具、金刚石调节装置、点胶机构以及连接于所述金刚石调节装置、点胶机构的控制处理器；夹具，用于夹持与含有NV色心的金刚石进行接合的待接合面所在的载体，并露出待接合面；金刚石调节装置，用于吸附含有NV色心的金刚石，并在控制处理器的控制下调节所述金刚石的位置；点胶机构，用于当金刚石被调节至所需要的接合位置时，在控制处理器的控制下向所述待接合面点胶，以将金刚石通过胶合方式接合在待接合面上。
[0006]进一步地，所述金刚石调节装置包括真空吸具、真空泵、第一调节机构，所述真空吸具连接于所述真空泵以及第一调节机构，真空吸具的吸附端用于吸附金刚石，第一调节机构用于通过控制真空吸具来调节金刚石的位置。
[0007]进一步地，所述点胶机构包括点胶机、固胶灯和第二调节机构，所述点胶机、固胶灯安装在所述第二调节机构上，所述第二调节机构用于控制所述点胶机的点胶端对向待接合面以及控制所述固胶灯在金刚石通过胶合方式接合在待接合面上后照射固化胶合处的
胶。
[0008]进一步地，还包括显微机构，所述显微机构包括显微相机，所述显微相机位于待接合面的一侧，用于观察金刚石以及待接合面的位置。
[0009]进一步地，所述夹具包括两个夹持块，每个夹持块的内侧面上开有沿内侧面的轴向延伸的第一凹槽以及沿内侧面的横向方向延伸的第二凹槽，将两个夹持块的内侧面相向对接，可使得第一凹槽拼接成通孔结构，第二凹槽拼接成矩形腔结构。
[0010]进一步地，第一调节机构通过控制真空吸具来调节金刚石的位置，具体为以金刚石的几何中心为球坐标系原点，将金刚石绕原点沿方位角θ和极角φ的方向进行转动，每转动θ方向的一个步进，遍历φ方向的转动角度。
[0011]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种用于制备金刚石NV色心传感探头的系统，所述系统包括如前任一所述的用于制备金刚石NV色心传感探头的装置以及光学检测装置，所述光学检测装置连接于所述控制处理器，在控制处理器的控制下，所述金刚石调节装置还用于转动金刚石至不同位置，直至根据预设的转动步进及转动范围，遍历金刚石NV轴向与磁场方向之间的不同夹角，所述光学检测装置用于在金刚石每转动至一个位置后，向所述金刚石照射激光以及施加方向不变、强度变化的磁场，并探测金刚石产生的荧光，以及将所施加的磁场信息以及探测的荧光信息发送给控制处理器，所述控制处理器还用于根据所述磁场信息以及荧光信息在一个坐标系中绘制不同金刚石位置所对应的磁场
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荧光响应曲线，并使得所有曲线的在未施加磁场时的表示荧光的值相同，以及获取所有曲线的一阶导数。
[0012]进一步地，所述光学检测装置包括激光发生器、磁场组件、光电探测器、双色片、滤波片，所述激光发生器发射的激光经双色片反射后照射到金刚石上，并在磁场组件所施加的磁场作用下，金刚石产生荧光，所述荧光透过双色片后经滤波片过滤，再被光电探测器接收。
[0013]进一步地，光学检测装置还用于在金刚石每转动至一个位置后，且未向金刚石施加磁场时，调整所发射的激光强度以使得所探测到的荧光为一相同的初始值，并在保持此激光强度不变的条件下，改变磁场强度，探测金刚石产生的荧光。
[0014]进一步地，所施加的磁场方向垂直于待接合面。
[0015]如上所述，本专利技术的一种用于制备金刚石NV色心传感探头的装置及系统，具有以下有益效果：1、通过控制器控制金刚石调节装置以控制对金刚石的吸附、对金刚石接合位置的调整，以及控制点胶机构的点胶操作，以实现自动化接合，并且可精细化调整金刚石的位置，使得传感探头的制备效率高、一致性好、稳定性好，可量化生产；2、进一步地通过设置显微机构，可清晰观察到金刚石以及待接合面的位置，实现更直观、更精细的调节；3、提供包含制备传感探头的装置以及光学检测装置所形成的系统，可通过转动金刚石的位置，以遍历NV轴向与磁场方向间的不同夹角，并获取不同位置金刚石的磁场
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荧光响应曲线，以及在所有曲线的在未施加磁场时的表示荧光的值相同的条件下，获取所有曲线的一阶导数，每个一阶导数对应一个探测灵敏度，根据每个一阶导数所在曲线所对应的金刚石位置，可将金刚石调整至所需的探测灵敏度所对应的金刚石位置，由此，实现了制备
出能够快速、准确获取所需探测灵敏度的探头；4、进一步地，在每次调节金刚石的位置后，通过调节激光强度，将未施加磁场时的荧光值均调节至一相同的初始值，能够将影响探测金刚石荧光的多因素归一为NV色心轴向这一单一因素，有效降低噪音，提高探测的准确性，进一步保证了传感器探头制作的一致性。
附图说明
[0016]图1显示为本专利技术的用于制备金刚石NV色心传感探头的装置结构示意图；图2显示为本专利技术的从图1中的A方向视角显示的第二调节机构的结构图；图3显示为本专利技术的一实施例中的用于制备金刚石NV色心传感探头的系统结构示意图；图4显示为本专利技术的不同金刚石位置的磁场
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荧光响应曲线；图5显示为本专利技术的另一实施例中的用于制备金刚石NV色心传感探头的系统结构示意图；图6显示为本专利技术的夹具的正视图；图7显示为本专利技术的夹具的俯视图。
[0017]元件标号说明：1—夹具；11—夹持块；12—第一凹槽；13—第二凹槽；2—金刚石调节装置；20—金刚石；21—真空吸具；22—真空泵；23—第一调节机构；3—点胶机构；31—点胶机；32—固胶灯；33—第二调节机构；331—转动组件；332—横向滑轨；333—横向滑块；334—竖向滑轨；335—竖向滑块； 4—控制处理器；5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备金刚石NV色心传感探头的装置，其特征在于，所述装置包括：夹具（1）、金刚石调节装置（2）、点胶机构（3）以及连接于所述金刚石调节装置（2）、点胶机构（3）的控制处理器（4）；夹具（1），用于夹持与含有NV色心的金刚石进行接合的待接合面所在的载体，并露出待接合面；金刚石调节装置（2），用于吸附含有NV色心的金刚石，并在控制处理器（4）的控制下调节金刚石的位置；点胶机构（3），用于当金刚石被调节至所需要的接合位置时，在控制处理器（4）的控制下向所述待接合面点胶，以将金刚石通过胶合方式接合在待接合面上。2.根据权利要求1所述的用于制备金刚石NV色心传感探头的装置，其特征在于：所述金刚石调节装置（2）包括真空吸具（21）、真空泵（22）、第一调节机构（23），所述真空吸具（21）连接于所述真空泵（21）以及第一调节机构（23），真空吸具（21）的吸附端用于吸附金刚石，第一调节机构（23）用于通过控制真空吸具（21）来调节金刚石的位置。3.根据权利要求1所述的用于制备金刚石NV色心传感探头的装置，其特征在于：所述点胶机构（3）包括点胶机（31）、固胶灯（32）和第二调节机构（33），所述点胶机（31）、固胶灯（32）安装在所述第二调节机构（33）上，所述第二调节机构（33）用于控制所述点胶机（31）的点胶端对向待接合面，以及控制所述固胶灯（32）在金刚石通过胶合方式接合在待接合面上后照射固化胶合处的胶。4.根据权利要求1所述的用于制备金刚石NV色心传感探头的装置，其特征在于：还包括显微机构（5），所述显微机构（5）包括显微相机（51），所述显微相机（51）位于待接合面的一侧，用于观察金刚石以及待接合面的位置。5.根据权利要求1所述的用于制备金刚石NV色心传感探头的装置，其特征在于：所述夹具（1）包括两个夹持块（11），每个夹持块（11）的内侧面上开有沿内侧面的轴向延伸的第一凹槽（12）以及沿内侧面的横向方向延伸的第二凹槽（13），将两个夹持块（11）的内侧面相向对接，可使得第一凹槽（12）拼接成通孔结构，第二凹槽（13）拼接成矩形腔结构。6.根据权利要求2所述的用于制备金刚石NV色心传感探头的装...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵博文，张少春，张振，冯雷，罗大程，刘鑫，储成君，
申请(专利权)人：安徽省国盛量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：