[发明专利]一种近场微波谐振器谐振频率测量系统及方法

权利要求书

1.一种近场微波谐振器谐振频率测量方法，其测量系统包括：光学模块、微波模块、磁场装置、金刚石和控制模块，其中，

所述的金刚石内嵌NV^-色心；

所述的光学模块产生并导引光照射到所述的金刚石上，同时探测其发出的荧光信号；

所述的微波模块产生微波操控场并将微波操控场加载到所述的金刚石上；

所述的磁场装置在放置所述的金刚石的空间产生静磁场；

所述的控制模块，控制所述的微波模块的工作参数，输出多通道脉冲序列控制所述的光学模块和微波模块的工作时序，并处理光学模块探测到的荧光信号强度，得到谐振器谐振频率和微波磁场的幅值；

其特征在于，首先磁场装置产生沿某一固定方向，且磁场强度大小在一定范围内，使金刚石NV^-色心基态能级分裂，微波模块在分裂的NV^-色心能级对应的能量范围内扫描所输出的微波脉冲频率，光学模块探测每一微波脉冲频率对应的荧光强度；然后固定微波脉冲频率在荧光强度最低时所对应的频率，逐步延长微波脉冲时间，光学模块再次探测每一脉冲时间对应的荧光强度，控制模块得到荧光强度随微波脉冲时间的振荡频率；最后磁场装置扫描所施加的静磁场强度大小，在每一静磁场强度大小下重复上述过程，控制模块得到一系列振荡频率，并从中提取谐振器谐振频率，同时得到微波磁场的幅值；

所述微波模块在扫描微波脉冲频率时，所输出的微波脉冲时间取荧光强度随微波脉冲时间振荡时半个振荡周期的长度，施加微波操控场之前，需要先令激光照射所述的金刚石使金刚石NV^-色心极化，探测荧光信号后，再测量一个未加微波操控场的荧光参考信号；

所述磁场装置的磁场强度扫描范围，使对应荧光强度最低点所在的微波脉冲频率范围包含待测的谐振器谐振频率可能处于的区间。

2.根据权利要求1所述的近场微波谐振器谐振频率测量方法，其特征在于：所述光学模块包括激光器、激光开关、光学滤波片、光束汇聚器和光强探测器；激发光依次通过激光器、激光开关、光束汇聚器照射到所述的金刚石上，荧光信号从金刚石返回，依次通过光束汇聚器、光学滤波片后由光强探测器收集。

3.根据权利要求2所述的近场微波谐振器谐振频率测量方法，其特征在于：所述激光开关与所述的控制系统连接，根据控制系统输出的脉冲序列控制激发光路的通断，所述光强探测器与所述的控制系统连接，根据控制系统输出的脉冲序列探测特定时段的荧光强度。

4.根据权利要求1所述的近场微波谐振器谐振频率测量方法，其特征在于：所述微波模块包括：微波发生器、微波开关、微波放大器、微带线和微波谐振器；微波发生器发出的微波依次通过微波开关、微波放大器和微带线耦合到待测的微波谐振器上，产生微波操控场，微波开关与所述的控制系统连接，根据控制系统输出的脉冲序列控制微波传输的通断。

5.根据权利要求2所述的近场微波谐振器谐振频率测量方法，其特征在于：所述金刚石放置于所述微波谐振器的中央，使微波谐振器产生的微波操控场施加到金刚石上，所述光束汇聚器和金刚石处于微波谐振器产生的微波操控场之中，属于近场范围，对微波谐振器谐振频率的影响不可忽略。

6.根据权利要求1所述的近场微波谐振器谐振频率测量方法，其特征在于，所述磁场装置包围所述的金刚石和微波谐振器，并在金刚石所处的空间产生磁场强度大小和三维方向可调的均匀静磁场。