基于激光充能的量子传感前端、检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术涉及量子精密测量技术领域，方案为一种基于激光充能的量子传感前端，包含：光信号单元，用于获取及传输激光信号；固态自旋量子探头，用于感知外界环境因素并在激光信号的激励下产生反馈荧光；光电池单元，用于将激光信号转化为电能存储使用；本方案设计了一种含光电池单元的传感前端，其能够将传感单元获取的激光信号部分转化为电能，从而为前端或前端附近的用电器件供电，该设计使得量子传感前端的功能得以丰富，且激光充能及激光激励过程均通过光线路实现，即在前后端之间无需供电线路，简化了前后端的线路设计，且扩展了量子传感前端的使用范围。感前端的使用范围。感前端的使用范围。

【技术实现步骤摘要】
基于激光充能的量子传感前端、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激光充能的量子传感前端、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，基于固态自旋色心构建的传感前端还比较少，一般在结构上主要包含传感探头、微波天线以及光电探测器，用于产生反馈荧光以及荧光收集，功能较为单一，另外，对于传感前端的用电器件的供电一般从后端通过输电线路传送，前后端之间除了供电线路还有光传输线路，导致前后端之间连接线路过多且杂。
[0004]基于此，本专利技术设计了一种基于激光充能的量子传感前端、检测系统及检测方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出了一种基于激光充能的量子传感前端、检测系统及检测方法，此方案提出了自带光电池单元的传感前端，其能够利用激光充能实现对传感前端或前端附近用电器件的供电，另外，本方案还设计了一种应用了此量子传感前端的检测系统，其利用色心测量系统原有的光传输线路实现激光充能过程，简化了连接线路。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于激光充能的量子传感前端，包含：光信号单元，用于获取及传输激光信号；固态自旋量子探头，用于感知外界环境因素并在激光信号的激励下产生反馈荧光；光电池单元，用于将激光信号转化为前端电能并为量子传感前端内的用电器件供电。
[0007]进一步的，固态自旋量子探头的传感核心为金刚石NV色心。
[0008]进一步的，还包含微波单元，所述微波单元用于输出作用于固态自旋量子探头的激励微波。
[0009]进一步的，还包含光电探测单元，所述光电探测单元用于采集反馈荧光并形成电信号输出。
[0010]进一步的，所述光电探测单元还包含锁相处理单元。
[0011]进一步的，还包含处理器，所述处理器用于对光电探测单元输出的电信号进行计算分析以得到待测量，并将该待测量以电信号形式输出。
[0012]一种检测系统，其特征在于，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：激光单元，用于输出激光信号；总机，用于数据的处理分析。
[0013]进一步的，所述激光单元输出的激光信号分为波长不同的两种激光，其中一种作为激励固态自旋量子探头的激励激光，另一种作为光电池单元转化电能的供能激光。
[0014]进一步的，所述激光单元输出的激光信号为一种波长的激光，该激光的一部分用于激励固态自旋量子探头，另一部分通过光电池单元转化为电能。
[0015]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。
[0016]一种检测方法，包含以下步骤：S1、在检测端获取激光信号；S2、在检测端利用固态自旋量子探头感知待测量，并利用一部分激光信号激励固态自旋量子探头以获取反馈荧光，同时将另一部分激光信号转化为电能为检测端的用电器件供电；S3、在处理端接收反馈荧光并计算处理得到待测量。
[0017]另一种检测方法中，在检测端将反馈荧光采集并转化为电信号后输出，再在处理端接收该电信号并进行计算处理得到待测量。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本方案设计了一种含光电池单元的传感前端，其能够将传感单元获取的激光信号部分转化为电能，从而为前端或前端附近的用电器件供电，该设计使得量子传感前端的功能得以丰富，且激光充能及激光激励过程均通过光线路实现，即在前后端之间无需供电线路，简化了前后端的线路设计，且扩展了量子传感前端的使用范围。
附图说明
[0019]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。
[0020]图1为本专利技术实施例中量子传感前端的系统框图；图2为本专利技术实施例中量子传感前端的一结构示意图；图3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4为本专利技术实施例中检测系统的系统框图；图5为本专利技术实施例中检测系统的一系统图；图6为本专利技术实施例中传输线路的一组成示意图；图7为本专利技术实施例中传输线路的另一组成示意图；图8为本专利技术实施例中检测系统的又一系统图；图9为本专利技术实施例中传输线路的又一组成示意图；图10为本专利技术实施例中检测方法的流程图。
具体实施方式
[0021]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。
[0022]实施例一
[0023]本专利技术提供一种技术方案：一种基于光纤通信技术的量子传感前端，如附图1所示（图中虚线框内部分表示可有可无，本例无微波单元和光电探测单元），其包含：光信号单元，用于获取及传输激光信号，示例性的，一种具体的方式中，光信号单元包含一多头光纤接头，其能够将多个激光接入或接出；固态自旋量子探头，用于感知外界环境因素并在激光信号的激励下产生反馈荧光，示例性的，在一些可实现的方案中，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；光电池单元，用于将激光信号转化为电能存储使用，示例性的，一种具体的方式中，光电池单元至少由光电池以及DC
‑
DC变换器组成。
[0024]作为本实施例中的一种优选结构，光电池单元包含光伏取电模块，光伏取电模块用于将日光能转化为电能，其增加了其他储能方式，储能更多样。
[0025]针对前述描述，具体的，此处提出一种集成化的量子传感前端的结构设计，具体参见附图2，其包含光信号单元、光电池单元12以及固态自旋量子探头13，其中光信号单元和光电池单元12安装在一基板14的表面，基板14表面还设有一光纤接头141，固态自旋量子探头13为一金刚石NV色心颗粒，其设置在一传感光纤131的一侧端面，传感光纤131的另一端连接光纤接头141，光信号单元为一多头光纤接头111（作为另外的一些可能，还可以使用一些光学器件，实现对空间激光的获取以及传输），其输入接口用于接入外部激光信号，输出接口则分别连接光纤接头141和光电池单元，使用时，激光信号一部分通过光电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光充能的量子传感前端，其特征在于，包含：光信号单元，用于获取激光信号；固态自旋量子探头，用于感知外界环境因素并在激光信号的激励下产生反馈荧光；光电池单元，用于将激光信号转化为前端电能并为量子传感前端内的用电器件供电。2.根据权利要求1所述的基于激光充能的量子传感前端，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所述的基于激光充能的量子传感前端，其特征在于，还包含微波单元，所述微波单元用于输出作用于固态自旋量子探头的激励微波。4.根据权利要求1所述的基于激光充能的量子传感前端，其特征在于，还包含光电探测单元，所述光电探测单元用于采集反馈荧光并形成电信号输出。5.根据权利要求4所述的一种量子传感前端，其特征在于，所述光电探测单元还包含锁相处理单元。6.根据权利要求4或5所述的一种量子传感前端，其特征在于，还包含处理器，所述处理器用于对光电探测单元输出的电信号进行计算分析以得到待测量，并将该待测量以电信号形式输出。7.一种检测系统，其特征在于，包含如权利要求1~6任一项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：激光单...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵博文，赵龙，张少春，耿佳琪，田腾，仇茹嘉，谢涛，高博，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：