[发明专利]基于金刚石NV色心和克尔效应的磁成像装置及成像方法

权利要求书

1.一种基于金刚石NV色心和克尔效应的磁成像装置，所述磁成像装置包括自旋操控光源模块(1)、偏振光发生模块(2)、荧光探测模块(3)、偏振光检测及成像模块(4)、显微镜物镜(5)、带有NV色心的金刚石探针(9)、NV色心探针臂(10)、微波发射装置(12)、位移台(13)；其特征在于：

所述自旋操控光源模块(1)用于提供一束入射激光，经过二向色镜系统，使激光经过二向色镜透射和/或反射，在显微镜物镜(5)聚焦后，照射到金刚石探针(9)的NV色心上，所述带有NV色心的金刚石探针(9)通过NV色心探针臂(10)夹持；

微波发射装置(12)靠近金刚石探针(9)的NV色心一侧设置，用于发射电磁脉冲序列，对NV色心的自旋状态进行操控；

所述金刚石探针(9)的NV色心产生的荧光通过显微镜物镜(5)返回二向色镜系统，通过二向色镜系统透射和/或反射，进入荧光探测模块(3)；

所述偏振光发生模块(2)用于产生具有线偏振性质的光即偏振光，所述偏振光经过二向色镜系统的透射和/或反射，进入显微镜物镜(5)，然后照射到放置在位移台(13)的样品(11)上，偏振光经过样品反射后，部分再次进入显微镜物镜(5)，然后经过二向色镜系统透射和/或反射后，进入偏振光检测及成像模块(4)。

2.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心和克尔效应的磁成像装置，其特征在于：

所述二向色镜系统包括第一二向色镜(6)、第二二向色镜(7)、第三二向色镜(8)；

所述第一二向色镜(6)、第二二向色镜(7)、第三二向色镜(8)按照以下方式进行配置：

所述第二二向色镜(7)倾斜设置在自旋操控光源模块(1)发出的入射激光和所述偏振光发生模块(2)发出的偏振光两光路相交位置处，能将入射激光透射或反射，将偏振光反射或透射，并且使得入射激光以及偏振光在经所述第二二向色镜(7)透射或反射后的光路一致；

所述第一二向色镜(6)设置在显微镜物镜(5)上方，并且能够接收第二二向色镜(7)透射或反射后激光或偏振光，将激光或偏振光反射进入显微镜物镜(5)；

所述第三二向色镜(8)设置在第一二向色镜(6)和荧光探测模块(3)之间，能够使偏振光经过样品反射后依次经过显微镜物镜(5)、第一二向色镜(6)后将其反射进入偏振光检测及成像模块(4)，同时能够使NV色心发射的荧光经过显微镜物镜(5)、第一二向色镜(6)和第三二向色镜(8)的透射，进入荧光探测模块(3)。

3.根据权利要求1或2所述的基于金刚石NV色心和克尔效应的磁成像装置，其特征在于：

所述自旋操控光源模块(1)由激光源(1a)、光纤(1b，1d)、光调制器(1c)、光纤耦合器(1e)和第一凸透镜(1f)组成；

光调制器(1c)用来控制自旋操控光源模块(1)中光的通断，

当光调制器(1c)为光纤耦合型调制器，则激光源(1a)、光调制器(1c)、光纤耦合器(1e)通过光纤按照前后顺序顺次连接，第一凸透镜(1f)置于光纤耦合器(1e)的后端，将入射激光聚焦到二向色镜系统；

当光调制器(1c)为自由空间光调制器，则激光源(1a)、光纤耦合器(1e)、通过光纤连接，光调制器(1c)和第一凸透镜(1f)置于光纤耦合器(1e)的后端，光调制器(1c)和第一凸透镜(1f)顺序能够对调；调制后的激光入射进入二向色镜系统。

4.根据权利要求3所述的基于金刚石NV色心和克尔效应的磁成像装置，其特征在于：

将自旋操控光源模块(1)的全部或者其中部分元件置于调整架上，用于调整入射光的方向，使得自旋操控光源模块(1)发出的激光通过显微镜物镜(5)后聚焦于金刚石探针(9)的NV色心。

5.根据权利要求1或4所述的基于金刚石NV色心和克尔效应的磁成像装置，其特征在于：

自旋操控光源模块(1)提供的入射激光为单色光源，波长范围介于500nm-600nm之间，光源能够进行脉冲调制。