【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及含有氮空穴色心的金刚石探针与光纤的集成以及扫描探测，尤其涉及一种光纤集成的金刚石探针扫描探测装置及金刚石探针的结构以及连接方法。
技术介绍
1、金刚石探针共聚焦扫描成像系统是室温下具有纳米级空间分辨率的磁成像系统。而如果通过将金刚石扫描探针与光纤结合光纤并对激发和收集光路进行优化，则可制备出十分灵活的探头形式的精密传感器，可实现在复杂场景，尤其是封闭腔室内的电磁信号、温度信号等的探测。例如有研究小组将组装后的光纤-金刚石探头插入活体小鼠体内，进行实时的温度测量；还有的研究小组将探头伸入溶液中实现对离子的测量；将微米级金刚石颗粒粘结到光纤则可以实现对芯片电路产生的磁场作高精度的扫描成像。然而之前的研究工作都局限于使用块材金刚石，系统的空间分辨率都难以达到微米以下，无法进行纳米尺度的磁成像，难以研究微观的物理现象。将金刚石探针与光纤集成制备纳米级空间分辨率的扫描系统，则可以同时兼具高空间分辨率以及受限空间灵活应用的优势，因此对于金刚石探针的纳米磁成像应用领域的进一步扩展具有重要意义另外，相比于纳米金刚石颗粒与光纤集成的探测器，金刚石探针具有更确定的晶体朝向，从而能更好地判断内部氮空穴色心（nitrogen-vacancy center，nv色心）的朝向以及待测磁场的方向。并且其中nv色心的性质也要优于纳米金刚石颗粒中的色心，与光纤的耦合效率也更高。
2、在相关技术中，大多数工作中采用的是多模光纤，具有较大的数值孔径，提供较高的收集效率，但多模光纤出射的光斑面积大，光束质量差，光功率密度低，难以实现对亚微米范
3、对块材金刚石，研究人员提出了对金刚石切角以及镀膜等的方案，而对于微米尺度甚至纳米尺度的金刚石，目前的研究还停留在金刚石颗粒的使用，并未对金刚石做特殊结构的加工。
4、目前的大多数光纤集成的钻石传感器不具备高精度扫描功能，只是通过位移台来控制光纤的移动。
5、将光纤集成的金刚石传感器应用于稀释制冷机的极低温系统中是未曾被研究与实现过的。目前有多个研究小组将金刚石探针共聚焦扫描成像系统与稀释制冷机集成，但系统较为庞杂，需要克服众多技术难题，还要避免光路的抖动影响。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种光纤集成的金刚石探针扫描探测装置及金刚石探针的连接方法，能够提高激发光功率密度和色心荧光的收集效率、激发效率，实现纳米精度的稳定扫描。
2、根据本专利技术一个方面的实施例，提供一种光纤集成的金刚石探针扫描探测装置，包括：
3、金刚石探针，包括：
4、基底，底面向内凹陷形成一半球形的固体浸没透镜；
5、探针本体，从所述基底的顶面垂直向外延伸，所述探针本体内具有nv色心；
6、光纤，出射端与所述基底连接，且对准所述固体浸没透镜；
7、其中，所述光纤出射的光被所述固体浸没透镜汇聚至所述nv色心，以提高激发产生荧光的效率。
8、可选的，所述光纤从内向外依次由纤芯和包层组成。
9、可选的，所述光纤的出射端的包层和纤芯的整体呈圆台状，所述圆台状的端面与所述基底连接。
10、可选的，所述光纤为纯石英纤芯单模光纤。
11、可选的，所述探针本体为圆台状柱体，所述基底为圆盘状。
12、可选的，所述金刚石探针扫描探测装置还包括：
13、微波天线，包括盘绕在所述出射端的线圈，所述线圈的两端分别与波源连接。
14、可选的，所述金刚石探针扫描探测装置还包括：
15、位移台，被构造成沿靠近或远离待检测样品方向移动；
16、音叉，设置在所述位移台上，所述音叉与振荡激励源连接，其中，所述金刚石探针设置在所述音叉上，且随音叉一起振动；
17、信号采集装置，适用于获取所述音叉的振动信号；
18、其中，所述振动信号与所述振荡激励源的振荡信号的差值用于表征所述金刚石探针与待测样品之间的距离，所述距离小于100nm。
19、可选的，所述金刚石探针扫描探测装置还包括：
20、稀释制冷机，具有一密封的制冷空间，其中，所述位移台通过导热带与稀释制冷机的冷盘连接；
21、导热夹具，分别连接所述冷盘和所述光纤的前端。
22、可选的，所述基底的直径范围包括15~20μm，所述探针本体的长度范围包括100-2000 nm，所述固体浸没透镜的直径范围包括1-20μm。
23、根据本专利技术另一个方面的专利技术构思，还提供一种光纤集成的金刚石探针的连接方法，包括操作：
24、在光纤的出射端的端面上涂覆光敏胶，将光纤固定在多轴位移台上；
25、将金刚石探针置于聚二甲基硅氧烷底料上；
26、通过多轴位移台带动所述光纤移动，以使所述光纤的出射端的端面与所述金刚石探针的基底接触，且所述出射端的端面中心与所述金刚石探针的nv色心共轴；
27、在所述光纤中通入第一激发光，通过所述多轴位移台带动所述光纤的出射端在垂直所述金刚石探针轴线方向上移动，记录所述出射端在每一个位置的荧光计数，其中，所述光敏胶在所述第一激发光的照射下保持液态；
28、通过所述多轴位移台将所述出射端移动至荧光计数最大的位置，在所述光纤中通入第二激发光，且从所述出射端的侧方利用第二激发光照射所述光敏胶，以使所述光敏胶固化；
29、通过所述多轴位移台控制所述出射端朝远离所述聚二甲基硅氧烷底料方向移动，以使所述金刚石探针与所述聚二甲基硅氧烷底料脱离。
30、根据本专利技术的光纤集成的金刚石探针扫描探测装置及金刚石探针的连接方法，通过在在金刚石基底上对应刻一反向球面透镜，可以使得光束进行汇聚，光斑缩小，光功率密度提高，进而提高了激发效率。
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1.一种光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，所述光纤从内向外依次由纤芯和包层组成。
3.根据权利要求2所述的光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，所述光纤的出射端的包层和纤芯的整体呈圆台状，所述圆台状的端面与所述基底连接。
4.根据权利要求2所述的光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，所述光纤为纯石英纤芯的单模光纤。
5.根据权利要求1所述的光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，所述探针本体为圆台状柱体，所述基底为圆盘状。
6.根据权利要求1所述的光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，还包括：
7.根据权利要求1所述的光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，还包括：
8.据权利要求7所述的光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，还包括：
9. 据权利要求5所述的光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，所述基底的直径范围包括15~20μm，所述探针本体的长度范围包括10
10.一种金刚石探针连接方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，所述光纤从内向外依次由纤芯和包层组成。
3.根据权利要求2所述的光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，所述光纤的出射端的包层和纤芯的整体呈圆台状，所述圆台状的端面与所述基底连接。
4.根据权利要求2所述的光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，所述光纤为纯石英纤芯的单模光纤。
5.根据权利要求1所述的光纤集成金刚石探针扫描探测装置，其特征在于，所述探针本体为圆台状柱体，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王亚，刘文昭，刘航宇，王孟祺，杜江峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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