[发明专利]一种基于荧光偏振效应的金刚石NV色心磁矢量测量方法

说明书

一种基于荧光偏振效应的金刚石NV色心磁矢量测量方法，基于荧光偏振效应调节xyz三轴中各轴偏振片以获得xyz每轴方向上相同变化趋势的2种轴向NV色心荧光对比度最大，以此为条件通过共振峰频率处的共振峰随磁场变化确定能级劈裂矩阵K1，同时通过在工作频率处扫描微波频率确定刻度系数矩阵K2，利用公式解算得到金刚石NV色心磁矢量其中+为伪逆矩阵运算，为所述金刚石NV色心荧光信号变化，能够提高荧光式磁场测量的信噪比和测量灵敏度，操作简单，易于实现实时矢量测量，从而有效提高了矢量磁场测量的解算效率。

技术领域

本发明涉及磁场测量技术领域，特别是一种基于荧光偏振效应的金刚石NV色心磁矢量测量方法，基于荧光偏振效应调节xyz三轴中各轴偏振片以获得xyz每轴方向上相同变化趋势的2种轴向NV色心荧光对比度最大，以此为条件通过共振峰频率处的共振峰随磁场变化确定能级劈裂矩阵K1，同时通过在工作频率处扫描微波频率确定刻度系数矩阵K2，利用公式解算得到金刚石NV色心磁矢量其中+为伪逆矩阵运算，为所述金刚石NV色心荧光信号变化，能够提高荧光式磁场测量的信噪比和测量灵敏度，操作简单，易于实现实时矢量测量，从而有效提高了矢量磁场测量的解算效率。

背景技术

金刚石NV(Nitrogen-Vacancy，氮-空位)色心磁强计随着量子传感技术的发展成为新的热点，NV色心磁强计在常温下工作，易于操控检测等方面有着巨大优势，使得NV色心磁强计在小型化和集成化方面有巨大应用前景。目前，国内外已有大量基于激光调制技术、微波调制技术、锁相放大技术、微波圆极化技术等的NV色心磁强计相关研究。NV色心磁强计研究重点在于提取信号灵敏度以及小型集成化。本发明人认识到，基于荧光偏振效应对xyz轴进行偏振调节的过程中，x轴、y轴、z轴所检测的信号均包含4种固定轴向NV色心荧光信号，其中，必定有2种轴向随激光偏振态变化趋势相同，另两种变化趋势相反。因此，分别调节x轴、y轴、z轴偏振片，能够使得各自方向所选2种轴向色心荧光对比度最大。以所述2种轴向NV色心荧光对比度最大为条件，在通过共振峰频率处的共振峰随磁场变化确定能级劈裂矩阵K1时和通过工作频率处扫描微波频率确定刻度系数矩阵K2时，能够提高荧光式磁场测量的信噪比和测量灵敏度，操作简单，易于实现实时矢量测量，从而有效提高了矢量磁场测量的解算效率。有鉴于此，本发明人完成了本发明。

发明内容

本发明根据技术的发展，提供一种基于荧光偏振效应的金刚石NV色心磁矢量测量方法，基于荧光偏振效应调节xyz三轴中各轴偏振片以获得xyz每轴方向上相同变化趋势的2种轴向NV色心荧光对比度最大，以此为条件通过共振峰频率处的共振峰随磁场变化确定能级劈裂矩阵K1，同时通过在工作频率处扫描微波频率确定刻度系数矩阵K2，利用公式解算得到金刚石NV色心磁矢量其中+为伪逆矩阵运算，为所述金刚石NV色心荧光信号变化，能够提高荧光式磁场测量的信噪比和测量灵敏度，操作简单，易于实现实时矢量测量，从而有效提高了矢量磁场测量的解算效率。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于荧光偏振效应的金刚石NV色心磁矢量测量方法，其特征在于，包括基于荧光偏振效应调节xyz三轴中各轴偏振片以获得xyz每轴方向上相同变化趋势的2种轴向NV色心荧光对比度最大，以此为条件通过共振峰频率处的共振峰随磁场变化确定能级劈裂矩阵K1，同时通过在工作频率处扫描微波频率确定刻度系数矩阵K2，利用公式解算得到金刚石NV色心磁矢量其中+为伪逆矩阵运算，为所述金刚石NV色心荧光信号变化。

其中Bx为x轴磁场分量，By为y轴磁场分量，Bz为z轴磁场分量，T为运算符；其中△flx为x轴方向荧光信号变化量，△fly为y轴方向荧光信号变化量，△flz为z轴方向荧光信号变化量；所述共振峰频率通过光探测磁共振ODMR谱线结果确定，所述工作频率通过对所述ODMR谱线结果求一阶偏导确定，所述共振峰频率按照序号分别记为f_p,1、f_p,2、f_p,3、f_p,4，所述工作频率按照序号分别记为f_w,1、f_w,2、f_w,3、f_w,4。