[發明專利]一種基于固態自旋的磁場測量裝置以及磁場測量方法

有效

• 申請號: 201810546040.4
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN109001652B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 代映秋;朱云彬;榮星;杜江峰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 姚璐華;王寶筠

1.一種基于固態自旋的磁場測量裝置，其特征在于，所述磁場測量裝置包括：

測量件，所述測量件包括基于固態自旋的磁敏感單元；

光源模塊，所述光源模塊用于出射照射所述測量件的調控激光；

調控模塊，所述調控模塊用于為所述測量件提供調控場；

靜磁場模塊，所述靜磁場模塊用于為所述測量件提供設定的靜磁場；

檢測模塊，所述檢測模塊用于獲取所述測量件在待測磁場、所述調控激光、所述調控場以及所述靜磁場作用下出射的熒光信號，基于所述熒光信號測量所述待測磁場；

其中，通過靜磁場模塊為所述測量件提供設定強度的靜磁場，使得磁敏感單元發生塞曼分裂；所述調控場使得所述磁敏感單元在自旋能級之間躍遷，所述調控激光使得所述磁敏感單元在基態與激發態之間躍遷，在所述調控場與所述調控激光的共同作用下，自旋體系達到平衡態后，出射強度與體系自旋布居度相關的熒光信號；保持所述調控場、所述調控激光以及所述靜磁場不變，在所述待測磁場作用下，所述磁敏感單元的塞曼分裂能級差改變，在所述調控場以及所述調控激光作用下，使得自旋體系達到另一平衡態，體系自旋布居度改變，出射熒光信號改變，改變后的熒光信號包括待測磁場的測量參數；通過檢測模塊將改變后的熒光信號轉換為電信號，基于所述電信號測量所述待測磁場。

2.根據權利要求1所述的磁場測量裝置，其特征在于，所述測量件為具有NV色心的金剛石塊，所述NV色心為所述磁敏感單元。

3.根據權利要求1所述的磁場測量裝置，其特征在于，所述光源模塊包括：光源裝置以及光學單元，所述光源裝置出射的光信號經過所述光學單元處理后，形成所述調控激光。

4.根據權利要求3所述的磁場測量裝置，其特征在于，所述光源裝置為激光器，所述激光器出射激光的波長為532nm；

所述光學單元用于對所述激光器出射的激光進行準直以及聚焦處理，形成所述調控激光出射，照射到所述測量件的預設位置。

5.根據權利要求1所述的磁場測量裝置，其特征在于，所述調控模塊包括：調控源以及與所述調控源連接的微帶天線；

其中，所述調控源用于驅動所述微帶天線形成所述調控場。

6.根據權利要求5所述的磁場測量裝置，其特征在于，所述調控源為微波源，用于使得所述微帶天線形成微波場，所述微波場為所述調控場。

7.根據權利要求1所述的磁場測量裝置，其特征在于，所述靜磁場模塊包括：靜磁場裝置以及電源；

其中，所述電源用于驅動所述靜磁場裝置形成所述靜磁場。

8.根據權利要求7所述的磁場測量裝置，其特征在于，所述靜磁場裝置為靜磁場線圈。

9.根據權利要求1所述的磁場測量裝置，其特征在于，所述檢測模塊包括：信號接收轉換單元以及測量單元；

在測量所述待測磁場時，所述磁敏感單元出射的熒光信號入射所述信號接收轉換單元，所述信號接收轉換單元用于將所述熒光信號轉換為電信號；所述測量單元用于基于所述電信號測量所述待測磁場。

10.一種基于固態自旋的磁場測量方法，用于如權利要求1-9任一項所述的磁場測量裝置，其特征在于，所述磁場測量方法包括：

通過靜磁場模塊為所述測量件提供設定強度的靜磁場，使得磁敏感單元發生塞曼分裂；

使得調控模塊以及光源模塊工作，為所述測量件提供調控場以及調控激光，對所述磁敏感單元進行連續激發操控，其中，所述調控場使得所述磁敏感單元在自旋能級之間躍遷，所述調控激光使得所述磁敏感單元在基態與激發態之間躍遷，在所述調控場與所述調控激光的共同作用下，自旋體系達到平衡態后，出射強度與體系自旋布居度相關的熒光信號；

將所述測量件置于待測磁場中，保持所述調控場、所述調控激光以及所述靜磁場不變，在所述待測磁場作用下，所述磁敏感單元的塞曼分裂能級差改變，在所述調控場以及所述調控激光作用下，使得自旋體系達到另一平衡態，體系自旋布居度改變，出射熒光信號改變，改變后的熒光信號包括待測磁場的測量參數；

通過檢測模塊將改變后的熒光信號轉換為電信號，基于所述電信號測量所述待測磁場。