基于光通信技术的量子传感前端、检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术涉及量子传感技术领域，方案为一种基于光通信技术的量子传感前端，包含：固态自旋量子探头，用于感知外界环境因素并在自旋激励因素的作用下产生反馈荧光，其中，自旋激励因素至少包含激励激光；光采集转换单元，用于获取反馈荧光并将其转化调制为远端电信号；光发送机，用于将远端电信号转化为调制光信号输出；本方案提出一种量子传感前端，其在固态自旋量子探头附近收集反馈荧光，并通过光采集转换单元将其转为远端电信号，以远端电信号输入光发送机后转化为调制光信号，再利用光纤通信技术将调制光信号传输至后端，从而有效解决了现有技术中反馈荧光传输过程存在的缺陷。现有技术中反馈荧光传输过程存在的缺陷。现有技术中反馈荧光传输过程存在的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
基于光通信技术的量子传感前端、检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及量子精密测量
，具体涉及到一种基于光通信技术的量子传感前端、检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]固态自旋色心体系是实现量子精密测量的重要物理体系，以该体系中的金刚石NV色心为例，其在激光的泵浦下表现出较强的荧光，且该荧光强度与外界物理量规律性相关，因而可作为一种新型的传感核心，用于磁场、电场、温度等物理量的测量，固态自旋色心体系除了金刚石NV色心，还有硅空位色心、硼空位色心等。
[0003]现有技术中，围绕固态自旋色心设计测量仪器的研究逐年增多，如公开号为CN113834963A的中国专利公开了一种基于NV色心传感器的电流检测装置、方法和存储介质，该专利利用NV色心进行电流测量；又如公开号为CN115266910A中国专利公开了一种基于NV色心量子传感技术的涡流探伤系统，该专利利用NV色心进行无损探伤；又如公开号为CN111307326A的中国专利公开了一种基于金刚石NV色心的光纤温度传感器，该专利利用NV色心进行温度测量。
[0004]纵观这些技术，在色心荧光采集过程，多通过光纤直接传递色心荧光至后端处理器或者是将荧光信号在前端转化为电信号再传输至处理器，但实际上，色心产生的荧光通常不在光纤通信波段，因而在光纤传输过程中损耗较大，在一些情况尤其是荧光需要远距离传输至处理器端的情景，前种荧光传输方式会导致测量效果变差，对于后种测量方式，经常会存在不适合以电信号进行传输的情况，如电网高压侧检测。
[0005]因此，本专利技术设计了一种基于光通信技术的量子传感前端、检测系统及检测方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提出一种在检测前端将反馈荧光通过处理转化为符合光纤通信波段的调制光信号的量子传感前端以及可通过光纤通信技术将检测信息传输至后端的检测系统及方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于光通信技术的量子传感前端，包含：固态自旋量子探头，用于感知外界环境因素并在自旋激励因素的作用下产生反馈荧光，其中，自旋激励因素至少包含激励激光；光采集转换单元，用于获取反馈荧光并将其转化调制为远端电信号；光发送机，用于将远端电信号转化为调制光信号输出。
[0008]进一步的，所述固态自旋量子探头的传感核心为金刚石NV色心。
[0009]进一步的，所述光采集转换单元包含光电探测设备以及数据处理模块，所述光电探测设备用于获取反馈荧光并将其转化形成一次电信号，所述数据处理模块用于对一次电
信号进行计算处理以得到远端电信号。
[0010]进一步的，所述数据处理模块还包含锁相放大模块，所述锁相放大模块用于对一次电信号进行锁相提取。
[0011]进一步的，还包含微波单元，所述微波单元用于输出作为另一自旋激励因素的激励微波。
[0012]一种检测系统，包含如前所述的量子传感前端、后端以及连接于二者之间的传输线路，所述后端包含：光接收机，用于获取调制光信号并将其转化为近端电信号输出；总机，用于接收近端电信号并对其进行处理分析。
[0013]进一步的，所述后端还包含激光单元，所述激光单元用于输出激励激光。
[0014]进一步的，所述传输线路包含一光纤，在量子传感前端与后端二者之间传输的光信号均通过此光纤进行传输。
[0015]一种检测方法，包含以下步骤：S1、在检测端利用固态自旋量子探头感知待测量，并对固态自旋量子探头进行自旋激励以获取反馈荧光；S2、在检测端采集反馈荧光并将其转化调制为远端电信号；S3、在检测端将远端电信号转化为调制光信号并输出；S4、在处理端接收调制光信号并计算处理得到待测量。
[0016]进一步的，所述固态自旋量子探头的传感核心为金刚石NV色心，利用532nm激光对金刚石NV色心进行自旋激励，或利用532nm激光及微波共同对金刚石NV色心进行自旋激励。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本方案提出一种量子传感前端，其在固态自旋量子探头附近收集反馈荧光，并通过光采集转换单元将其转为远端电信号，以远端电信号输入光发送机后转化为调制光信号，再利用光纤通信技术将调制光信号传输至后端，从而有效解决了现有技术中反馈荧光传输过程存在的缺陷。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术实施例中量子传感前端的一组成系统图；图2为本专利技术实施例中光发送机的组成系统图；图3为本专利技术实施例中量子传感前端的一结构示意图；图4为本专利技术实施例中量子传感前端的又组成系统图；图5为本专利技术实施例中量子传感前端的又一结构示意图；图6为本专利技术实施例中检测系统的一组成系统图；图7为本专利技术实施例中检测系统的一连接示意图；图8为本专利技术实施例中传输线路的一结构示意图；图9为本专利技术实施例中检测系统的又一组成系统图；
图10为本专利技术实施例中检测系统的又一连接示意图；图11为本专利技术实施例中检测方法的流程图。
实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]实施例一
[0022]本专利技术提供一种技术方案：一种基于光通信技术的量子传感前端，如附图1所示，其包含：固态自旋量子探头，其用于感知外界环境因素并在自旋激励因素的作用下产生反馈荧光，其中，自旋激励因素至少包含激励激光，在本例中，作为一种优选，所述固态自旋量子探头的传感核心为金刚石NV色心，激励激光为532nm绿色激光，在外界物理量诸如磁场、温度、电场、压力等作用下，金刚石NV色心在532nm绿色激光照射下会产生637nm的红色荧光，其光强与外界物理量规律性相关，因而通过监控红色荧光的光强变换可以检测外界环境；光采集转换单元，用于获取反馈荧光并将其转化调制为远端电信号，示例性的，一种具体的方式中，光采集转换单元至少包含光电探测设备，所述光电探测设备用于获取反馈荧光并将其转化形成一次电信号，该一次电信号可直接作为远端电信号输出至光发送机，其中光电探测设备可以为光电二极管（其适配于点探测的传感器，作为优选，可选雪崩二极管），也可以为光学相机（其适用于面探测的传感器，作为优选，可选CCD、CMOS等）；作为一种优选，光采集转换单元还包含数据处理模块，所述数据处理模块用于对一次电信号进行计算处理以得到远端电信号，作为一种优选设计，所述数据处理模块还可包含锁相放大模块，所述锁相放大模块用于对一次电信号进行锁相提取，以对其进行降噪提取（当然数据处理模块还可包含其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光通信技术的量子传感前端，其特征在于，包含：固态自旋量子探头，用于感知外界环境因素并在自旋激励因素的作用下产生反馈荧光，其中，自旋激励因素至少包含激励激光；光采集转换单元，用于获取反馈荧光并将其转化调制为远端电信号；光发送机，用于将远端电信号转化为调制光信号输出。2.根据权利要求1所述的基于光通信技术的量子传感前端，其特征在于，所述固态自旋量子探头的传感核心为金刚石NV色心。3.根据权利要求1所述的基于光通信技术的量子传感前端，其特征在于，所述光采集转换单元包含光电探测设备以及数据处理模块，所述光电探测设备用于获取反馈荧光并将其转化形成一次电信号，所述数据处理模块用于对一次电信号进行计算处理以得到远端电信号。4.根据权利要求3所述的基于光通信技术的量子传感前端，其特征在于，所述数据处理模块还包含锁相放大模块，所述锁相放大模块用于对一次电信号进行锁相提取。5.根据权利要求1所述的基于光通信技术的量子传感前端，其特征在于，还包含微波单元，所述微波单元用于输出作为另一自旋激励因素的激励微波。6.一种检测系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张少春，赵龙，赵博文，耿佳琪，王鑫，仇茹嘉，陈庆涛，刘鑫，胡小文，汪鹏，
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：