[发明专利]基于捷变频微波调制技术的NV色心高灵敏度差分磁采集系统

说明书

本发明公开了基于捷变频微波调制技术的NV色心高灵敏度差分磁采集系统，包括磁信号标定模块、光学系统模块、信号处理模块、微波信号产生模块、信号控制模块。本发明的有益效果是：当对金刚石施加不同尺寸和方向的磁场时,双共振峰系统可以像单共振峰系统一样识别磁场的方向和大小，电压振幅的变化大约是单共振峰系统的两倍,其磁灵敏度和分辨率也提高了2倍；当金刚石表面温度发生变化时，ODMR信号曲线的零场分裂D发生变化，ODMR谱的两个对称共振峰向同一方向漂移，温度使NV色心产生的电压信号产生的变化量相同，在进行差分处理后，应用本系统对温度噪声有很强的抑制作用。

技术领域

本发明涉及NV色心高灵敏度差分磁采集系统，具体为基于捷变频微波调制技术的NV色心高灵敏度差分磁采集系统，属于量子传感技术领域。

背景技术

新型的磁性材料和磁检测器件源源不断。随着磁传感器与弱磁测量仪器的迅速发展，弱磁检测也得到了极大的发展。弱磁检测在科学研究、资源勘探、军事等领域具有广泛的应用，其中，军事领域的应用是推动弱磁检测的主要因素之一。其在军事领域的应用主要集中在未爆破物检测、战斗机与导弹导航、卫星导航等。因此，集成的金刚石NV传感器方案对我国国防建设等领域的发展具有重要意义。

近年来，量子精密测量技术发展迅速，金刚石中的原子尺度缺陷氮空位(NV)中心无疑是最具影响力的代表之一。由于其在室温下的自旋寿命长、相干微波(MW)自旋操纵、光学自旋态初始化和读出和良好的生物相容性，基于NV中心的传感器具有广泛的实际应用。基于NV系综在外加磁场下的塞曼分裂,再根据NV色心的基态哈密顿量本证方程,可以实现微弱磁场得高精度检测。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供基于捷变频微波调制技术的NV色心高灵敏度差分磁采集系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：基于捷变频微波调制技术的NV色心高灵敏度差分磁采集系统，其实验平台包括

磁信号标定模块，其包括用于施加偏置磁场的磁线圈；

光学系统模块，其包括含有NV色心的金刚石样品、用于发射激光的激光器、允许特定范围波长光通过的带通滤波片、可产生双向光路的二向色镜、用于接收荧光信号的光电探测器，所述金刚石样品固定在微波天线上，所述激光器发射的激光照射在二向色镜上，所述金刚石样品设置在二向色镜的一侧，所述光电探测器设置在二向色镜的另一侧；

信号处理模块，其包括用于对光电探测器所接收的光电信号进行放大处理的锁相放大器；

微波信号产生模块，其包括用于对金刚石样品产生微波信号的微波信号源；

信号控制模块，其包括用于对所述微波信号源进行控制的FPGA模块；

数据采集模块，其通过FPGA模块11对数据进行采集。

作为本发明再进一步的方案：所述金刚石样品与二向色镜之间设置有物镜一，所述二向色镜与光电探测器之间设置有物镜二。

作为本发明再进一步的方案：所述二向色镜与光电探测器之间还设置有靠近二向色镜侧的滤光片。

基于捷变频微波调制技术的NV色心高灵敏度差分磁采集系统，该系统包括以下步骤：

步骤一、搭建实验平台，并开启微波信号源和激光器，使用FPGA模块控制微波信号源产生扫频信号；

步骤二、调整示波器，在示波器上观察到ODMR信号，找到ODMR半高全宽对应的微波频率大小F_P1、F_P2；

步骤三、使用FPGA模块11控制微波信号源12产生调频信号，在调频基础上控制微波信号源12在F_P1-F_P2二者快速变频；