[发明专利]一种纳米尺度的微波磁场测量方法

权利要求书

1.一种纳米尺度的微波磁场测量方法，其特征在于，包括：

基于BS平移效应，结合预先设定的用于测量微波磁场的序列，测量微波磁场对NV色心自旋为|0态和|+1态，以及NV色心自旋为|0态和|-1态所造成的BS平移量；所述BS平移效应为bloch-siegert平移效应；

将测量出的BS平移量结合预先推导的公式，计算出待测微波磁场的频率与幅度；

其中，所述基于BS平移效应，结合预先设定的用于测量微波磁场的序列，测量微波磁场对NV色心自旋为|0态和|+1态，以及NV色心自旋为|0态和|-1所造成的BS平移量的步骤如下：

步骤1、选择外磁场B₀，并将其调至与选定的NV色心的NV轴平行的方向；

步骤2、先选择NV色心自旋为|0态和|+1态，设定这两个能级作为量子比特，并通过扫NV色心CW谱的方式，确定NV色心自旋为|0态和|+1态之间的共振频率ω₊；所述CW谱为连续波谱；

步骤3、固定施加的微波的共振频率ω₊，并在设定的微波功率下扫NV色心自旋为|0态和|+1态之间的Rabi振荡，从而确定π/2微波脉冲和/或π微波脉冲的长度；

步骤4、已知π/2微波脉冲和/或π微波脉冲的长度，施加预先设定的用于测量待测微波磁场的序列，并改变序列中待测微波的持续时间τ，得到一条NV色心发出的光子计数和持续时间的荧光曲线；

步骤5、再选择NV色心自旋为|0态和|-1态，设定这两个能级作为量子比特，并通过扫NV色心CW谱的方式确定NV色心自旋为|0态和|-1态之间的共振频率ω-，并采用上述步骤3～步骤4的原理，从而得到另一条NV色心发出的光子计数和持续时间的荧光曲线；

步骤6、将两条荧光曲线拟合，得到待测微波磁场对NV色心自旋为|0态和|+1态，以及NV色心自旋为|0态和|-1态所造成的BS平移量。

2.根据权利要求1所述的一种纳米尺度的微波磁场测量方法，其特征在于，所述预先设定的用于测量微波磁场的序列包括两种形式的序列，通过任一种序列即可测量微波磁场对NV色心自旋为|0态和|+1态，以及NV色心自旋为|0态和|-1态所造成的BS平移量；

通过第一种序列时，对NV色心初始化后，经过π/2微波脉冲，再经过τ/2时间，进入包含一系列π微波脉冲且持续时间为τ的微波磁场，最后依次经过π微波脉冲、τ/2时间及π/2微波脉冲后被读出；

通过第二种序列时，对NV色心初始化后，经过π/2微波脉冲，进入持续时间为τ的微波磁场，最后经过π/2微波脉冲后被读出。

3.根据权利要求2所述的一种纳米尺度的微波磁场测量方法，其特征在于，

选择NV色心自旋为|0态和|+1态这两个能级作为量子比特，通过532nm激光来激发NV色心，当通过第一种序列时，对NV色心初始化后，量子比特为|ψ＝|0；当经过π/2微波脉冲后，量子比特为经过τ/2时间以及一系列π微波脉冲后，量子比特为则NV色心自旋为|0态上的布居为最终经过532nm激光读出并归一化后，NV色心自旋为|0态上的布居会通过激光转化为荧光，于是得到持续时间的荧光曲线，从而得到待测微波磁场对所选的这两个能级造成的BS平移量Ω₊，表示为：

如果选择NV色心自旋为|0态和|-1态这两个能级作为量子比特，则通过第一种序列后，得到待测微波磁场对所选的这两个能级造成的BS平移量Ω_-，表示为：

上述式子中，γ_e为NV色心电子的旋磁比，A_x为待测微波磁场的幅度，ω为待测微波磁场的频率；ω₊为NV色心自旋为|0态和|+1态之间的共振频率：ω₊＝D+γ_eB₀；ω_-为NV色心自旋为|0态和|-1态之间的共振频率：ω_-＝D-γ_eB₀；D为NV色心的零场劈裂。

4.根据权利要求1或3所述的一种纳米尺度的微波磁场测量方法，其特征在于，计算待测微波磁场的频率与幅度的公式如下：

其中，ω为待测微波磁场的频率，A_x为待测微波磁场的幅度，γ_e为NV色心电子的旋磁比；