[发明专利]量子高速调控磁测量方法及系统

说明书

一种量子高速调控磁测量方法及系统，该方法包括：激光源向金刚石NV色心发射激光以使金刚石NV色心发出荧光强度信号；区域频率定位部件测量得到当前待测磁场强度，基于当前待测磁场强度得到初步定位频率，并将初步定位频率发送至微波调制器；微波调制器以初步定位频率为中心拓展频率范围，并以拓展后频率范围作为一个周期进行循环扫频；数据采集及处理系统采集不同扫描频率下的荧光强度信号，对不同扫描频率下的荧光强度信号进行解析，得到不同波谷处的频率值，并根据不同波谷处的频率值与中心频率值，得到不同的磁场强度。通过本发明实施例提供的方法及系统，可以减小扫频所需时间，从而提高整个量子测量的采样率，采样率有望提高至10kHz以上。

技术领域

本发明涉及电学量子传感技术领域，具体而言，涉及一种量子高速调控磁测量方法及系统。

背景技术

量子精密测量技术利用量子调控技术，突破了传统测量技术所受到的诸多限制，测量性能大幅提升，在国际上目前已经成为研究的热点领域。量子精密测量是量子信息科学领域重要的研究方向，旨在利用量子资源和效应实现超越经典方法的测量性能。冷原子磁量子传感器，具有超高的磁场测量灵敏度和稳定性，对磁场探测的灵敏度达到pT/Hz，最高工作温度可达400K。由于量子精密测量构建的是一个相对测量系统，能够很好消除环境产生的共模信号影响，具有良好的温度适应性和稳定性。

金刚石Nitrogen-Vacancy色心(NV色心)是一种金刚石体内的缺陷结构，具有良好稳定的光学性质。金刚石NV色心中间的电子自旋可以通过光探测磁共振技术进行操控，通过探测金刚石NV色心荧光强度来获得电子所处的自旋状态，利用电子单自旋体系对外界的敏感性，从而获得外界环境的相关属性。

目前，为了探测NV色心基态能级的共振频率或者零场劈裂大小，连续光学探测磁共振(cw-ODMR)是广泛使用的方法。连续光探测磁共振技术，一般是通过对一定范围内的微波频率扫频的方式进行波谷与中心频率差之间的测量，该方法由于涉及到多频率微波调制，一般采样率较低，无法满足电力系统4k甚至10kHz的采样率需求。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种量子高速调控磁测量方法及系统，旨在解决现有连续光探测磁共振技术采样率较低，无法满足电力系统4k甚至10kHz的采样率需求的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种量子高速调控磁测量方法，所述方法包括：激光源向金刚石NV色心发射激光以使所述金刚石NV色心发出荧光强度信号；区域频率定位部件测量得到当前待测磁场强度，基于所述当前待测磁场强度得到初步定位频率，并将所述初步定位频率发送至微波调制器；微波调制器以所述初步定位频率为中心拓展频率范围，并以拓展后频率范围作为一个周期进行循环扫频；数据采集及处理系统采集不同扫描频率下的荧光强度信号，对所述不同扫描频率下的荧光强度信号进行解析，得到不同波谷处的频率值，并根据所述不同波谷处的频率值与中心频率值，得到不同的磁场强度。

进一步地，区域频率定位部件基于所述当前待测磁场强度得到初步定位频率，包括：区域频率定位部件基于所述当前待测磁场强度，通过波谷处的频率与中心频率的理论公式，得到当前波谷处的频率理论值作为初步定位频率。

进一步地，所述拓展后频率范围，包括：从f_d1＝f_d×(1+a)+5×f₀到f_d2＝f_d×(1-a)-5×f₀的范围；所述一个扫频周期的时间为T₂＝t₀×(f_n-f_c)/f₀；其中，f_d为初步定位频率，a为区域频率定位部件测量精度，f₀为扫频的步长，t₀为每一个步长所需时间。

进一步地，数据采集及处理系统根据所述不同波谷处的频率值与中心频率值，得到不同的磁场强度，包括：数据采集及处理系统计算所述不同波谷处的频率值与中心频率值差值，得到不同的磁场强度。