金刚石传感器单元及金刚石传感器系统技术方案

一种金刚石传感器单元，包括：传感器部，包括具有色心的金刚石，所述色心带有电子自旋；照射部，向金刚石照射激发光；检测部，检测来自金刚石的色心的放射光；以及光波导，传输激发光及放射光。光及放射光。光及放射光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金刚石传感器单元及金刚石传感器系统


[0001]本公开涉及金刚石传感器单元及金刚石传感器系统。本申请主张基于2021年1月27日申请的日本申请第2021
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010935号的优先权，并引用所述日本申请中记载的全部记载内容。

技术介绍

[0002]已知有使用了金刚石的NV中心的传感器。在将金刚石的NV中心与显微镜组合使用的情况下，例如如图1所示构成。即，配置于基板912的LED900放射用于激发金刚石904的NV中心的绿色的光。所放射的光在通过SPF(Short Pass Filter：短通滤波器)902之后，入射到配置于基板914的金刚石904。由此，NV
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中心的电子成为激发态。在被激发的电子恢复到原来的基态时，从金刚石904放射红色的荧光，该荧光被透镜906聚光，在通过LPF(Long Pass Filter：长通滤波器)908之后，由配置于基板916的光电二极管910检测。另外，向金刚石904照射由外部装置(未图示)产生的微波。由此，若成为自旋态不同的状态和共振态而被激发，则来自金刚石904的红色的荧光的强度发生变化。该变化由光电二极管910检测。透镜906可以是高性能的光学显微镜的透镜结构，也可以是简易的透镜结构。
[0003]在下述专利文献1中公开了一种使用了金刚石的NV中心的扫描探针显微镜(即频率调制型原子力显微镜(FM
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AFM))。另外，在下述专利文献2中公开了一种使用了金刚石的NV中心的磁场检测装置。在下述非专利文献2中公开了一种使用了透镜的紧凑的磁场检测装置。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2017
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67650号公报
[0007]专利文献2：日本特开2018
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136316号公报
[0008]非专利文献
[0009]非专利文献1：Arne Wickenbrock,et al.,“Microwave
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free magnetometry with nitrogen
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vacancy centers in diamond,”Applied Physics Letters 109,053505(2016)
[0010]非专利文献2：Felix M.Stuerner,et al.,“Compact integrated magnetometer based on nitrogen
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vacancy centres in diamond”,Diamond&Related Materials 93(2019)59
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技术实现思路

[0011]本公开的一方面所涉及的金刚石传感器单元包括：传感器部，包括具有色心的金刚石，所述色心带有电子自旋；照射部，向金刚石照射激发光；检测部，检测来自金刚石的色心的放射光；以及光波导，传输激发光及放射光。
[0012]本公开的其他方面所涉及的金刚石传感器系统包括：上述的金刚石传感器单元，金刚石配置于传输微波或毫米波的传输线路上，传感器部作为磁传感器发挥功能；电磁波
产生部，产生微波或毫米波；以及控制部，控制照射部、检测部及电磁波产生部，控制部将微波或毫米波与激发光一起在时间上及空间上组合而向金刚石照射。
附图说明
[0013]图1是示出现有的使用了金刚石的NV中心的显微镜的截面图。
[0014]图2是示出本公开的第一实施方式所涉及的金刚石传感器单元的概略结构的示意图。
[0015]图3是示出使用了图2所示的金刚石传感器单元的测定时的激发光及电磁波的照射定时、以及放射光的测定定时的时序图。
[0016]图4是示意性地示出观测到的信号强度(即放射光强度)与电磁波(即微波)的频率的关系的图表。
[0017]图5是示出本公开的第二实施方式所涉及的金刚石传感器单元的概略结构的示意图。
[0018]图6是示出第一变形例所涉及的金刚石传感器单元的概略结构的示意图。
[0019]图7是示出第二变形例所涉及的金刚石传感器单元的概略结构的示意图。
[0020]图8是示出第三变形例所涉及的金刚石传感器单元的概略结构的示意图。
[0021]图9是示出第四变形例所涉及的金刚石传感器单元的概略结构的示意图。
[0022]图10是示出第五变形例所涉及的金刚石传感器单元的概略结构的示意图。
[0023]图11是示出第二实施方式(参照图5)的实施例的立体图。
[0024]图12是示出使用了共面线路的电磁波照射部的立体图。
[0025]图13是示出接收微波的贴片天线的立体图。
[0026]图14A是示出实验结果的图表。
[0027]图14B是示出实验结果的图表。
[0028]图14C是示出实验结果的图表。
[0029]图15是示出实验结果的图表。
[0030]图16是示出图10所示的结构的实施例的立体图。
具体实施方式
[0031][专利技术要解决的技术问题][0032]在对电力设备等高电压设备使用传感器的情况下，由于因放电而瞬间产生的高电压及大电流，另外，由于伴随于此的强力的电磁波的产生，存在发光元件及受光元件损伤的可能性。在高电压环境中使用的传感器中，无法采用专利文献1所公开的结构。
[0033]在专利文献2中，公开了将发光元件及受光元件远离金刚石及微波照射线圈而配置。但是，由于将激发光及发光的荧光作为平行光在空中传输，因此会扩散，远离的距离有限。特别是，由于荧光的信号强度弱，因此成为问题。
[0034]因此，本公开的目的在于提供即使在高电压环境中也不会受到损伤，远距离也能够精度良好地检测磁场等的金刚石传感器单元及金刚石传感器系统。
[0035][专利技术的效果][0036]根据本公开，能够提供即使在高电压环境中也不会受到损伤，远距离也能够精度
良好地测定磁场及电场等的金刚石传感器单元及金刚石传感器系统。
[0037][本公开的实施方式的说明][0038]列出本公开的实施方式的内容进行说明。也可以任意组合以下记载的实施方式的至少一部分。
[0039](1)本公开的第一方面所涉及的金刚石传感器单元包括：传感器部，包括具有色心的金刚石，所述色心带有电子自旋；照射部，向金刚石照射激发光；检测部，检测来自金刚石的色心的放射光；以及光波导，传输激发光及放射光。由此，即使在高电压环境中也不会受到损伤，远距离也能够精度良好地测定磁场及电场等。
[0040](2)传感器部能够包括对激发光及放射光进行聚光的聚光元件，聚光元件能够配置于金刚石与光波导之间。由此，能够减少激发光及放射光的损耗，提高检测精度。
[0041](3)聚光元件也可以是基于氧化硅而形成的球状的透镜、或者基于氧化硅而形成的菲涅耳透镜，光波导也可以是芯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种金刚石传感器单元，包括：传感器部，包括具有色心的金刚石，所述色心带有电子自旋；照射部，向所述金刚石照射激发光；检测部，检测来自所述金刚石的所述色心的放射光；以及光波导，传输所述激发光及所述放射光。2.根据权利要求1所述的金刚石传感器单元，其中，所述传感器部包括对所述激发光及所述放射光进行聚光的聚光元件，所述聚光元件配置于所述金刚石与所述光波导之间。3.根据权利要求2所述的金刚石传感器单元，其中，所述聚光元件是基于氧化硅而形成的球状的透镜、或者基于氧化硅而形成的菲涅耳透镜，所述光波导是芯径为1μm以上且80μm以下的光纤。4.根据权利要求1至3中任一项所述的金刚石传感器单元，其中，所述光波导经由至少一个绝缘碍子中而配置。5.根据权利要求1至4中任一项所述的金刚石传感器单元，其中，所述光波导包括传输所述激发光及所述放射光的一个介质，在距所述光波导的两个端部中的、位于距所述金刚石更远的位置的一个端部规定距离内，包括将所述激发光与所述放射光分离的荧光反射滤波器、LPF或分色镜。6.根据权利要求1至4中任一项所述的金刚石传感器单元，其中，所述光波导包括传输所述激发光的第一光波导和传输所述放射光的第二光波导，所述第一光波导的一个端部配置于比所述第一光波导的另一个端部更靠近所述金刚石的位置，所述第二光波导的一个端部配置于比所述第二光波导的另一个端部更靠近所述金刚石的位置，在距所述第一光波导的所述一个端部及所述第二光波导的所述一个端部规定距离内，包括将所述激发光与所述放射光分离的荧光反射滤波器、LPF或分色镜。7.根据权利要求6所述的金刚石传感器单元，其中，所述第一光波导包括第一光纤，所述第二光波导包括第二光纤，所述第二光纤的芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：西林良树，中西裕美，出口洋成，林司，辰巳夏生，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：