[实用新型]一种温度传感器及温度测量系统

说明书

一种基于金刚石NV色心的光纤温度传感器，包括光纤，微波传输天线和含有NV色心的金刚石，其中，光纤，用于传输激发光以及收集NV色心发射的荧光；微波传输天线，为环绕在光纤陶瓷插芯外的铜丝，用于传输微波以操控NV色心的基态能级，继而进行光学探测磁共振；含有NV色心的金刚石，位于所述光纤的端面，温度变化会引起NV色心基态能级的变化，继而用于温度传感。本实用新型还公开了一所述的基于金刚石NV色心的光纤温度传感器的温度测量系统。本实用新型的传感器结构简单，实用性强，并能实现很高的温度探测灵敏度，且探测的时候不受环境中的磁场噪声以及微波抖动的影响，体现很强的鲁棒性。金刚石作为主要的传感部件，本身就具有很高的热传导系数，使得本实用新型能够响应到毫秒量级的温度变化。

技术领域

本实用新型涉及光纤荧光传感领域，尤其涉及一种基于金刚石NV色心的光纤温度传感器及温度测量系统。

背景技术

光纤的发展促进了近些年各种技术的创新，比如光纤通信、光纤传感等，时时刻刻改变这人们的生活。其中光纤传感器在位移、震动、转动、压力、弯曲、速度、加速度、磁场、电压、湿度、温度、声场、PH值和应变等物理量的测量方面都有所研究和应用，主要因为光纤具有非常优秀性能，就材料本身而言，光纤具有抗电磁和原子辐射干扰性能，径细、质软、重量轻的机械性能，以及绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能；在光传输方面，光纤中传输的光的强度、相位、频率或偏振态等可直接或间接被测量，而且在光信息系统中也表现出大宽带、大容量、远距离传输以及能实现多参数、分布式、低能耗传感。

对于温度传感，目前基于光纤的温度传感主要利用以下两个原理，第一是温度会改变光纤材料的折射率，继而改变传输光的偏振态等性质，第二是在光纤中掺杂的特殊物质的吸收光谱会随着温度发生蓝移或者红移。基于这两种原理发生出了各种光纤温度传感器，然而大部分的传感器也存在着以下几个问题，首先对材料的性能依赖性很高，再此就是光纤弯曲，扭曲也会对温度测量产生影响，继而限制其在应用范围。总之光纤的性质和形态对于温度测量起着关键性的作用，也因为此，测量过程中的不稳定性和不确定性是必须考虑的因素；另一方面光纤本身作为传感器的核心部分，难以实现高空间分辨率的温度测量和扫描，加上此种类型的传感器往往提供不了很高的测量灵敏度，满足不了更高精度实验和应用的需求。

近些年金刚石NV色心的研究在量子传感领域开辟了无限的可能性，尤其在温度测量方面，发展出了以ODMR为主的探测方法，并实现了mK以下的探测灵敏度，只不过这些技术都是基于共聚焦光路系统，很难走向实用化。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种基于金刚石NV色心的光纤温度传感器及温度测量系统，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本实用新型的一方面，提供了一种基于金刚石NV色心的光纤温度传感器，包括光纤，微波传输天线和含有NV色心的金刚石，其中，

光纤，用于传输激发光以及收集NV色心发射的荧光；

微波传输天线，为环绕在光纤陶瓷插芯外的铜丝，用于传输微波以操控NV色心的基态能级，继而进行光学探测磁共振；

含有NV色心的金刚石，位于所述光纤的端面，温度变化会引起NV色心基态能级的变化，继而用于温度传感。

其中，所述的金刚石形状为块状或颗粒状，生长方式为气象化学沉积或高温高压制备。

其中，所述光纤是裸光纤(无陶瓷插芯)或含有包层的光纤，单模光纤或多模光纤。

其中，改变所述金刚石的大小能够适应不同空间分辨率的需求。

作为本实用新型的另一方面，提供了一种基于金刚石NV色心的光纤温度传感器的温度测量系统，包括传感模块、荧光激发和收集模块、信号处理与分析模块和温度扫描测量模块，其中，