[发明专利]一种色心金刚石陀螺

摘要

本发明涉及一种色心金刚石陀螺，其采用内含高浓度氮原子-空位(NV-)色心的金刚石材料作为敏感元件，利用光学及微波手段实现电子能级的操控与检测，实现载体角速度的测量。本发明具有室温操作，体积小，成本低廉等优点，相比于现有的MEMS等具有同样定位的陀螺仪来说，它理论灵敏度可更高，同时具有更好的稳定性，对研制新一代基于原子自旋效应的高稳定、小体积的固态原子陀螺仪有着重要的价值，将服务于未来各领域特别是民用低精度领域的惯性导航和测姿系统。

主权项

一种色心金刚石陀螺，其特征在于：分为样品腔（17）、激光腔（18）和探测腔（19）三个部分；其中：所述的样品腔（17）中包括高浓度氮原子‑空位(NV‑)色心金刚石材料（1）作为核心敏感元件，材料中NV‑色心浓度达1018/cm3以上，厚度大于150μm，尺寸大于1×1mm2，粘接于玻璃基底（2）上，其位置位于第一RF线圈（3）和微波天线（9）的中心处，RF线圈是由第一RF线圈（3）和微波天线（9）两个线圈组成的赫姆赫兹线圈，玻璃基底（2）粘接于镜面（4）上，后者镀多层介质膜用以反射637nm波长的荧光，包括4块高灵敏面阵CCD（5、6、7、8）用于检测637nm荧光，每一块面阵CCD前均粘接一块滤波片，该滤波片可透过637nm荧光，截止波长大于532nm，第一RF线圈（3）粘接与镜面（4）的内表面，而第二RF线圈（10）粘接于一块平凸透镜（11）的表面，该透镜的焦点聚焦于色心金刚石材料（1）放置位置中心略靠后的位置，使532nm激光会聚照射在色心金刚石材料（1）中心处1mm直径的圆上，色心金刚石材料（1）的周围为由直径20μm铜线组成的微波天线（9），微波天线（9）加工于玻璃基底（2）上，微波天线（9）的底部为正方形，在色心金刚石材料（1）中间区域处产生均匀的微波场；所述的激光腔（18）包括一个垂直腔面发射半导体激光器即VCSEL激光器（13），发出的532nm激光通过底面的偏振窗口(20)入射至腔内的二向色镜（12）上，偏振窗口（20）内嵌一个偏振镜；二向色镜（12）呈45度放置粘接于激光腔（18）内，532nm激光入射后反射至样品腔（17）中，从样品腔（17）中发出的荧光入射到二向色镜（12）后投射进入探测腔（19）中；所述的探测腔（19）包括滤波片（14），会聚透镜（15）和第五高灵敏面阵CCD（16），滤波片截止波长大于532nm可阻断532nm光同时透过637nm光；会聚透镜（15）将637nm荧光会聚于焦面，即第五高灵敏面阵CCD（16）所在 位置处，第五高灵敏面阵CCD（16）在637nm附近具有响应峰值。