[发明专利]基于光纤和微米金刚石的扫描磁探头、磁测量系统及其磁成像装置

说明书

本发明提供了一种基于光纤与微米金刚石扫描磁探头，所述磁探头包括：光纤、微米金刚石和微波天线；其中，所述光纤为光纤锥；所述微米金刚石含有集群NV中心，所述微米金刚石通过紫外胶固定在光纤尖端上；所述微波天线缠绕在靠近光纤锥尖端处。还提供了其磁测量系统及磁成像装置。本申请提供的系统基于光纤和微米金刚石的扫描磁探头的磁测量装置的可实现对狭小空间或厘米量级的样品进行快速的扫描磁成像，且在室温下保持微米尺度的成像分辨率。

技术领域

本发明属于微磁测量技术领域，尤其涉及一种基于光纤与微米金刚石的扫描磁探头、磁测量系统及其磁成像装置。

背景技术

自旋量子传感技术，是一种利用自旋量子态对测试样品产生的微弱信号的灵敏响应，来实现对样品产生的磁场、电场、温度、压强的无损测量。金刚石中的NV中心，由于其电子自旋量子态对周围微弱磁场十分灵敏，且可以便捷高效地被激光和微波脉冲所极化、操作和读出，是一个优秀的量子传感探针。已有的金刚石NV探针和测量装置，需要通过物镜来实现NV荧光的激发和收集，复杂和脆弱的成像收集系统极大地限制了光探磁共振和量子传感技术的适用场景，例如物镜成像的方式极不适用于厘米尺寸样品高磁灵敏度和高空间分辨率的快速磁成像。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种基于光纤和微米金刚石的扫描磁探头、磁测量系统及磁成像装置。

在阐述本发明的技术方案之前，定义本文中所使用的术语如下：

术语“NV”是指：氮空位。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种基于光纤与微米金刚石扫描磁探头，所述磁探头包括：光纤、微米金刚石和微波天线；

其中，所述光纤为光纤锥；所述微米金刚石含有集群NV中心，所述微米金刚石通过紫外胶固定在光纤尖端上；所述微波天线缠绕在靠近光纤锥尖端处。

根据本发明第一方面的磁探头，其中，所述光纤的截面直径为50～200μm，优选为80～150μm，最优选为100μm；和/或

所述光线锥的尖端直径为0.1～5μm，优选为0.5～2μm，最优选为1μm。

根据本发明第一方面的磁探头，其中，所述微米金刚石的直径为0.5～10μm，优选为0.5～2μm，最优选为1μm；和/或

所述金刚石颗粒的含氮量为10～30ppm，优选为15～25ppm，最优选为20ppm。

根据本发明第一方面的磁探头，其中，所述微波天线的材料选自以下一种或多种：铜、金；优选为铜；和/或

所述微波天线的直径为10～50μm，优选为10～30μm，最优选为20μm。

本发明的第二方面提供了一种磁测量系统，所述磁测量系统包括：如第一方面所述的磁探头、光学激发和收集装置、样品位移装置、静磁场和信号处理装置；

优选地，所述样品位移装置包括三维压电陶瓷扫描台和大行程电动机械位移台。

根据本发明第二方面的磁测量系统，其中，所述光学激发和收集装置包括：激光器、声光调制器、二向色镜、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光纤和雪崩光电二极管。

根据本发明第二方面的磁测量系统，其中，所述激光器用发射所述预设波长的激光；

所述声光调制器对所述激光器发射的激光进行调制，并将激光投射到二向色镜上；

所述二向色镜用于将所述激光反射到第一光纤耦合器，并且透过所述磁探头收集的荧光到第二光纤耦合器；

所述第二光纤耦合器通过光纤与所述雪崩光电二极管相连接，用于将NV荧光聚集并传递到雪崩光电二极管；