[发明专利]基于金刚石NV色心的微波线性调频测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于金刚石NV色心的微波线性调频测量装置及测量方法，所述装置包括共聚焦显微系统、金刚石NV色心(5)、磁场调控装置(9)和待测微波源(8)。利用共聚焦显微系统作用在金刚石NV色心(5)上，对金刚石NV色心(5)能级上的电子进行初始化；利用磁场调控装置(9)产生静磁场，作为外加磁场施加到金刚石NV色心(5)上，产生能级分裂；待测微波源(8)产生线性调制微波场作用在金刚石NV色心(5)上，测得微波频率的调制信号随时间的变化。本发明不需要庞大的天线和解调电路，克服了其他传统微波测量技术对待测场干扰的缺点。

技术领域

本发明涉及微波磁场测量领域，特别是一种基于金刚石NV色心的微波线性调频测量装置及方法。

背景技术

微波测量技术在现代基础科学和工程应用中占据着越来越重要的地位。长期以来，人们都是利用经典物理的传统探测手段来测量和分析，利用天线和解调电路，需要将载有信息的射频进行下变频才能被采集并处理，但是这种解调方式易受外部电磁干扰，会导致微波信号的失真，传统技术面临挑战。

近年来，金刚石NV色心在微波测量领域受到了科学家的广泛重视。金刚石NV色心具有较长的相干时间、高灵敏度、高空间分辨率，同时它具有丰富的能级结构，可用于量子精密测量领域。室温下金刚石NV色心基态自旋三态之间有2.87GHz的零场分裂，施加磁场于金刚石NV色心上，基态的二重态将发生分裂，利用塞曼效应，可通过外加微波和射频来操控其状态，NV色心荧光强度与其电子自旋状态有关，当电子自旋处于|0＞的状态时，荧光较电子自旋处于|±1＞时强；通过与电子自旋处于|0＞的状态时的荧光强度对比，可以得知电子自旋目前所处的状态，从而能够获得所探测磁场的大小。

目前，还未见到基于金刚石NV色心微波线性调频磁场测量的应用。

发明内容

本发明需解决的技术问题是提供一种基于金刚石NV色心的微波线性调频测量装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于金刚石NV色心的微波线性调频测量装置，采取技术方案如下：

所述装置包括共聚焦显微系统、金刚石NV色心、磁场调控装置和待测微波源；

所述金刚石NV色心嵌在光纤的端面上；

所述磁场调控装置产生静磁场作用在金刚石NV色心上；

所述待测微波源产生线性调制微波场作用在金刚石NV色心上。

基于金刚石NV色心的微波线性调频测量装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤一，利用共聚焦显微系统作用在金刚石NV色心上，对金刚石NV色心能级上的电子进行初始化；

步骤二，利用磁场调控装置产生静磁场，作为外加磁场施加到金刚石NV色心上，产生能级分裂；

步骤三，待测微波源产生线性调制微波场作用在金刚石NV色心上，测得微波频率的调制信号随时间的变化。

与现有技术不同，本发明基于金刚石NV色心的微波线性调频测量装置及测量方法采用金刚石NV色心基态的拉比振荡作为探测手段，对载有线性调频的微波信号下的荧光光谱进行测量，实现了基于金刚石NV色心的微波线性调频信号的接收，直接读取调制信号，不需要庞大的天线和解调电路，克服了其他传统微波测量技术对待测场干扰的缺点，装置简单，易于实现小型化，具有很高的灵敏度和空间分辨率，应用广泛。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于金刚石NV色心的微波线性调频测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细的描述。