[发明专利]一种高灵敏度高分辨接触式三维温度场成像系统及方法

权利要求书

1.一种高灵敏度高分辨接触式三维温度场成像系统，包括控制装置、信号发生装置和信号分析装置，其特征在于，还包括激光极化装置、微波调制装置、共聚焦光路和三维电控位移台；所述控制装置对信号发生装置、微波调制装置、三维电控位移台和信号分析装置的工作进行控制；所述共聚焦光路连接锥形光纤，所述锥形光纤上设置有金刚石颗粒，所述金刚石颗粒处于被测温度场内，所述被测温度场设置在所述三维电控位移台上；所述微波调制装置包括：固定射频源、带调制功能的微波源、微波开关、声光调制器、微波天线；所述的信号分析装置与共聚焦光路之间还连接有雪崩光电二极管；所述金刚石颗粒为含有氮空位(NV)色心的纳米级或微米级金刚石颗粒，并且所述金刚石颗粒粘接于所述锥形光纤的尖端截面上。

2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度高分辨接触式三维温度场成像系统，其特征在于，所述锥形光纤的末端平面处于所述共聚焦光路的聚焦焦点上，所述锥形光纤的末端平面的法向与入射光轴对齐，从而接收激光脉冲。

3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度高分辨接触式三维温度场成像系统，其特征在于，所述被测温度场固定于所述三维电控位移台的平面上，所述金刚石颗粒处于所述被测温度场内，并可接触待测对象，在激光脉冲和电磁脉冲的共同作用下进行测量。

4.根据权利要求1所述的一种高灵敏度高分辨接触式三维温度场成像系统，其特征在于，在金刚石颗粒的NV色心附近施加一个固定磁场。

5.一种高灵敏度高分辨接触式三维温度场成像测量方法，所述方法基于权利要求1所述的高灵敏度高分辨接触式三维温度场成像系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、搭建高灵敏度高分辨接触式三维温度场成像系统；

S2、设置三维电控位移台的初始位置；

S3、控制装置控制信号发生器输出独立的数字信号来分别控制激光和微波开关；

S4、激光脉冲进入共聚焦光路并被引入锥形光纤后，脉冲激光照射到金刚石颗粒上，金刚石颗粒在脉冲激光与电磁波共同作用下产生荧光信号；

S5、信号分析装置对金刚石颗粒在不同载波频率的微波信号作用下所产生的荧光信号进行采集和频谱分析，并从信号频谱中提取出微波开关频率旁边调制频率处的边带信号峰值，通过建立微波信号载波频率与荧光边带信号峰值之间的关系得到光探测磁共振谱数据ODMR；

S6、对上述ODMR光探测磁共振谱数据进行洛伦兹拟合运算，得到两个劈裂谱峰之间的中心频率D，根据所述中心频率D与被测温度之间的变化关系，得到当前测量点的温度；

S7、在三维电控位移台提供不同位置时，依次重复进行上述S3-S6，利用测量结果与三维电控位移台的位置关系，得到被测温度场的测量数据。

6.根据权利要求5所述的一种高灵敏度高分辨接触式三维温度场成像测量方法，其特征在于，所述微波调制装置包括固定射频源、带调制功能的微波源、微波开关、声光调制器、微波天线，所述被测温度场的测量量程决定所述带调制功能的微波源输出信号的载波频率变化范围；所述被测温度场的测量空间分辨率等于金刚石尺寸。

7.根据权利要求5所述的一种高灵敏度高分辨接触式三维温度场成像测量方法，其特征在于，激光和微波脉冲交替施加在金刚石样品上。