[发明专利]一种基于NV色心固态自旋的差分式加速度敏感装置

权利要求书

1.一种基于NV色心固态自旋的差分式加速度敏感装置，其特征在于：包括主体对称结构，NV色心敏感模块和检测模块；

所述主体对称结构包括磁源（1）、弹性梁（2）和对称基底（3），所述磁源（1）设置在弹性梁（2）上端，所述弹性梁（2）底端固定在对称基底（3）底部的中间，实现加速度作用下磁源发生三轴位移变化，所述弹性梁（2）和磁源（1）沿对称基底的对阵轴设置；

所述NV色心敏感模块有2个且分别为NV色心敏感模块一（4a）和NV色心敏感模块二（4b），两个NV色心敏感模块分别固定在对称基底两侧突起部分且垂直于z轴的表面，当外界加速度作用时，对称结构中弹性梁（2）发生形变，将加速度量转换为磁源（1）沿x轴，y轴或z轴的三轴位移变化量，进而影响NV色心敏感模块处的磁场，使得NV色心电子自旋能级发生变化，利用检测模块的激光和微波实现NV色心自旋的极化和操纵，并通过读取NV色心释放的双路荧光信号，解算磁场信息，实现三轴加速度的差分检测；

所述NV色心敏感模块包括光纤（12）、金刚石NV色心（13）、反射膜（14）和微波天线（15）；所述光纤（12）设置在对应金刚石NV色心（13）上方，用于传输激光信号和荧光信号；所述反射膜（14）固定在所述对称基底（3）两侧凸起部分垂直于z轴的表面，用于反射金刚石NV色心（13）发出的荧光信号到所述光纤（12）；所述金刚石NV色心（13）固定在所述反射膜（14）上表面中心位置，用于敏感磁场变化；所述微波天线（15）紧邻金刚石NV色心（13），且固定在所述反射膜（14）表面，用于辐射微波；

所述检测模块包括环形器、滤光片、数据处理器（7）、光电探测器（8）、分束器（9）、激光源（10）和微波源（11），所述环形器有2个且分别为左环形器（5a）和右环形器（5b）,所述滤光片有2个且分别为左滤光片（6a）和右滤光片（6b）,所述左环形器（5a）和右环形器（5 b）与光电探测器（8）相连，所述左环形器（5a）与左滤光片（6a）相连，所述右环形器（5b）与右滤光片（6b）相连，所述光电探测器（8）与数据处理器（7）相连，所述微波源（11）与NV色心敏感模块一（4a）和NV色心敏感模块二（4b）相连，所述微波源发出微波信号并通过所述微波天线作用到金刚石NV色心实现能级共振，所述激光源（10）与分束器（9）相连，所述分束器（9）与左环形器（5a）和右环形器（5b）相连；

所述主体对称结构将加速度作用量转换为磁源沿x轴，y轴或z轴的位移变化量，并固定所述NV色心敏感模块；所述NV色心敏感模块将磁源位移变化量转换为荧光变化，并连接所述检测模块；所述检测模块将金刚石NV色心所受磁场转换为电学量，并通过差分处理补偿环境噪声。

2.根据权利要求1所述的一种基于NV色心固态自旋的差分式加速度敏感装置，其特征在于：所述主体对称结构中对称基底（3）为关于z轴对称的“凹”字型结构，且两侧突起部分垂直于z轴的表面分别设置所述NV色心敏感模块。

3.据权利要求1所述的一种基于NV色心固态自旋的差分式加速度敏感装置，其特征在于：所述金刚石NV色心（13）为NV色心系综，且沿z轴正方向的金刚石表面通过蚀刻技术加工为固态半球镜结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于NV色心固态自旋的差分式加速度敏感装置，其特征在于：所述检测模块的激光源发出532nm激光。