[发明专利]基于固态自旋复合体系的电磁测量方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于固态自旋复合体系的电磁测量方法，包括：对固态自旋复合体系施加稳恒磁场，其中，固态自旋复合体系由基于固态自旋的磁敏感单元与磁电耦合材料组成；对磁敏感单元施加激发光和操控场，得到预处理复合体系；将预处理复合体系置于待测磁场中，对磁电耦合材料施加调制场，以对待测磁场进行测量；将预处理复合体系置于待测电场中，以对待测电场进行测量。本发明提供的电磁测量方法具有更高的灵敏度，且实现了低频噪声抑制。

技术领域

本发明涉及磁场测量和电场测量方法的技术领域，具体涉及一种基于固态自旋复合体系的电磁测量方法及装置。

背景技术

磁场测量是指对空间或磁性材料中磁通、磁通密度、磁通势、磁场强度等的测量。空间的磁通密度与磁场强度成比例关系，空间磁场强度的测量，实质上也是磁通密度的测量。其中，微弱磁场测量在地磁导航、地质资源勘探、科学研究、国防建设与医疗仪器等领域都有广泛应用。现阶段用于微弱磁场测量的传感器类型较多，主要包括磁通门传感器、探测线圈传感器、磁阻传感器、巨磁阻抗磁传感器、量子超导干涉仪、基于固态自旋的磁传感器等。其主要存在灵敏度低、空间分辨率低、使用条件苛刻、成本较高等问题。

电场测量是指电场强度的测量。为获得各种传播数据和参量供无线电路进行正确设计，需要对接收地点的电场强度进行测量。电场强度的测量在解决电磁兼容问题时亦是一项重要工作。在现有技术中，利用逆压电效应测量电场的方法的电场测量灵敏度为20V/m/√Hz。其灵敏度较低，需要一种灵敏度更高的测量方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了基于固态自旋复合体系的电磁测量方法及装置。

根据本发明的第一个方面，提供了一种基于固态自旋复合体系的电磁测量方法，包括：对固态自旋复合体系施加稳恒磁场，其中，固态自旋复合体系由基于固态自旋的磁敏感单元与磁电耦合材料组成；对磁敏感单元施加激发光和操控场，得到预处理复合体系；将预处理复合体系置于待测磁场中，对磁电耦合材料施加调制场，以对待测磁场进行测量；将预处理复合体系置于待测电场中，以对待测电场进行测量。

根据本发明的实施例，磁敏感单元为基于固态自旋的磁敏感单元，基于固态自旋的磁敏感单元为包含NV色心系综的金刚石。

根据本发明的实施例，磁电耦合材料的磁学性质可以被作用于其上的电场调控。

根据本发明的实施例，对磁电耦合材料施加调制场包括：将信号发生器连接于磁电耦合材料；通过信号发生器对磁电耦合材料施加调制场，其中，调制场为交变电场。

根据本发明的实施例，对磁敏感单元施加激发光和操控场，得到预处理复合体系包括：对磁敏感单元施加预设波长和预设光强的激发光，以对磁敏感单元进行连续激发；对磁敏感单元施加预设频率和预设磁场强度的操控场，得到预处理复合体系。

根据本发明的实施例，通过检测自旋系综产生特征信号周期振荡幅度的变化对所述待测磁场进行测量包括：所述特征信号为磁敏感单元发出的荧光信号；测得荧光信号强度的周期性变化幅度；根据同频参考信号解调荧光强度周期性变化幅度，实现测量待测磁场。

根据本发明的实施例，通过检测自旋系综产生特征信号的变化对所述待测电场进行测量包括：所述特征信号为磁敏感单元发出的荧光信号；测得荧光信号强度的变化；根据荧光强度与待测电场强度间线性关系，通过荧光强度变化反解，实现测量待测电场。

根据本发明的实施例，对磁敏感单元施加预设波长和预设光强的激发光包括：光源发出预设波长和光强的激发光；通过透镜对激发光进行准直和聚焦，以使激发光照射在磁敏感单元上。

根据本发明的实施例，对磁敏感单元施加预设频率和预设磁场强度的操控场包括：将固态自旋复合体系设置于微带天线上；通过连接于微带天线上的微波源调控微带天线，微带天线发射预设频率和预设磁场强度的操控场，操控场为均匀高频磁场。