[實(shí)用新型]一種新型的三維掃描的自旋濃度測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721532902.5
• 申請(qǐng)日: 2017-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN207379926U
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬宗敏;魏久焱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/64
• 分類號(hào): G01N21/64
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

一種新型的三維掃描的自旋濃度測(cè)量系統(tǒng)，主要由激光聚焦調(diào)節(jié)系統(tǒng)、熒光采集系統(tǒng)和金剛石位移臺(tái)。由激光通過共聚焦系統(tǒng)配合激光聚焦調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)格化的金剛石上定點(diǎn)測(cè)量及聚焦深度的調(diào)節(jié)，其中聚焦壓電組實(shí)現(xiàn)共聚焦系統(tǒng)聚焦深度調(diào)節(jié)，其主要由扭動(dòng)壓電組和伸縮壓電組以間隔穿插的方式組成，通過運(yùn)動(dòng)配合來實(shí)現(xiàn)凸透鏡的聚焦深度調(diào)節(jié)；金剛石由激發(fā)所產(chǎn)生的熒光通過PD采集后經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡傳入計(jì)算機(jī)；金剛石固定于金剛石位移臺(tái)，金剛石位移臺(tái)實(shí)現(xiàn)nm尺度平面移動(dòng)。測(cè)量系統(tǒng)將金剛石分為n層，每層分為nxn個(gè)矩陣網(wǎng)格，激光聚焦于nxnxn個(gè)網(wǎng)格內(nèi)進(jìn)行NV激發(fā)并采集熒光，計(jì)算每個(gè)格點(diǎn)的濃度實(shí)現(xiàn)三維濃度的掃描。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于量子精密測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及金剛石NV-自旋濃度測(cè)量方法，具體為一種新型的三維掃描的自旋濃度測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著科技的不斷前進(jìn)，精密磁測(cè)量已經(jīng)成為了現(xiàn)階段的一個(gè)研究熱點(diǎn)。為了得到更高靈敏度的磁信息，我們需要對(duì)各個(gè)可以實(shí)現(xiàn)磁信息測(cè)量的工具進(jìn)行研究、對(duì)比，以得到最優(yōu)化的精密測(cè)量工具并應(yīng)用于各研究領(lǐng)域中。而現(xiàn)階段，為了得到高靈敏度的磁信息檢測(cè)，研究者們已經(jīng)將重心轉(zhuǎn)移到了利用電子自旋進(jìn)行的磁信息檢測(cè)的研究和控制。目前針對(duì)各種類型精密磁信息測(cè)量系統(tǒng)中存在的使用環(huán)境要求高，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高等問題，開展了利用金剛石NV色心電子自旋進(jìn)行磁信息測(cè)量的基礎(chǔ)研究，期望為未來的基于NV色心電子自旋的高靈敏度原子磁強(qiáng)計(jì)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。目前金剛石NV色心電子自旋的產(chǎn)生基礎(chǔ)是制備含有NV色心的金剛石，目前的研究NV色心的電子自旋主要有單NV色心電子自旋和集群NV色心，現(xiàn)已有對(duì)于單個(gè)NV色心的熒光采集測(cè)量手段，但對(duì)于集群NV色心的金剛石在NV濃度的測(cè)量與表征方面仍是一片空白，是急需進(jìn)行要就并提出一種可靠測(cè)量方法的領(lǐng)域，這將會(huì)對(duì)實(shí)現(xiàn)基于NV色心的高靈敏度磁強(qiáng)計(jì)以及基于NV色心的研究具有深遠(yuǎn)的影響和重大的意義。

目前針對(duì)于金剛石NV色心的濃度采集多采用532nm的激光進(jìn)行激發(fā)，并采集其由電子躍遷后產(chǎn)生的熒光并使用共聚焦顯微成像觀察，依次對(duì)整體的NV色心的濃度進(jìn)行估算，但無法對(duì)金剛石進(jìn)行三維掃描得到每一個(gè)面乃至每一層每一點(diǎn)的NV熒光強(qiáng)度，并根據(jù)單個(gè)NV對(duì)應(yīng)的熒光強(qiáng)度計(jì)算出三維NV濃度矩陣。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是從三維層面實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石整體及局部的自旋濃度測(cè)量，需要實(shí)現(xiàn)nm尺度的聚焦激光光斑大小，nm尺度精度mm尺度行程的激光聚焦調(diào)節(jié)系統(tǒng)；另一方面，在測(cè)量金剛石對(duì)金剛石某一待測(cè)量層進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)需要nm尺度的步進(jìn)精度，行程也需要達(dá)到mm尺度，為此提出了兩種由壓電陶瓷組成的高精度驅(qū)動(dòng)裝置，分別為聚焦壓電組與金剛石位移臺(tái)。

本實(shí)用新型所實(shí)現(xiàn)的NV-濃度測(cè)量，采用的是激光共聚焦技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)樣片金剛石放置于金剛石位移臺(tái)上，根據(jù)樣品的尺寸和實(shí)驗(yàn)的要求，對(duì)金剛石進(jìn)行三維網(wǎng)格劃分，以進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)，采用光學(xué)元件對(duì)激光進(jìn)行多次聚焦等手段將nm尺度的激光焦點(diǎn)照射于金剛石的格點(diǎn)中。

本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)高精度的激光聚焦調(diào)節(jié)系統(tǒng)，巧妙的設(shè)計(jì)了間隔式組合壓電片組，通過間隔穿插安置的扭動(dòng)壓電組和伸縮壓電組配合驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)凸透鏡的高精度移動(dòng)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)金剛石不同深度的自旋濃度測(cè)量，達(dá)到三維掃描的效果。為實(shí)現(xiàn)金剛石在平面內(nèi)的高精度移動(dòng)而提出的金剛石位移平臺(tái)通過放置于其下部四個(gè)角點(diǎn)的四個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)座進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，壓電驅(qū)動(dòng)座由固定于底部固定座內(nèi)壁的五個(gè)扭擺壓電組直接驅(qū)動(dòng)間接驅(qū)動(dòng)球來對(duì)載物臺(tái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通過激光聚焦調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同深度的自旋濃度測(cè)量，配合在平面內(nèi)達(dá)到nm運(yùn)動(dòng)精度的金剛石位移平臺(tái)進(jìn)行每一深度面的矩陣網(wǎng)格劃分，并對(duì)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行濃度測(cè)量，并依次得到整體三維掃描濃度數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)為三維矩陣，并根據(jù)單個(gè)NV色心熒光強(qiáng)度的比例，得到金剛石三維濃度數(shù)據(jù)。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)目的所采用的技術(shù)方案是：

一種新型的三維掃描的自旋濃度測(cè)量系統(tǒng)，包括激光聚焦調(diào)節(jié)系統(tǒng)、熒光采集系統(tǒng)和金剛石位移臺(tái)；