[發(fā)明專利]基于微米級金剛石晶體的全光寬帶傳感器系統(tǒng)及其使用方法

在審

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• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109669147A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜關(guān)祥;和文豪;董明明;胡振忠;劉穎;楊博
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

1.一種基于微米級金剛石晶體的全光寬帶傳感器系統(tǒng)，其特征在于，包括：信號發(fā)生組件、信號接收裝置、共聚焦光路（3）、靜態(tài)磁場（15）、三維位移平臺（6）、電控位移平臺（9）以及計算機（10）；所述信號發(fā)生組件包括激光信號發(fā)生裝置、微波信號發(fā)生裝置、脈沖信號發(fā)生器（11）；所述激光信號發(fā)生裝置及微波信號發(fā)生裝置均與所述脈沖信號發(fā)生器（11）電性連接并由其控制；所述脈沖信號發(fā)生器（11）、信號接收裝置以及電控位移平臺（9）三者均與所述計算機（10）電性連接并由其控制；所述共聚焦光路（3）的末端與所述三維位移平臺（6）相連接，所述三維位移平臺（6）上安裝有錐形光纖（7），所述錐形光纖（7）的末端安裝有金剛石晶體（8）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微米級金剛石晶體的全光寬帶傳感器系統(tǒng)，其特征在于：所述激光信號發(fā)生裝置包括激光發(fā)生器（1）和聲光調(diào)制器（2），所述聲光調(diào)制器（2）的信號輸入端一路與所述激光發(fā)生器（1）的信號輸出端相聯(lián)通、另一路與所述脈沖信號發(fā)生器（11）的輸出端相聯(lián)通，所述聲光調(diào)制器（2）的信號輸出端與所述共聚焦光路（3）的信號輸入端相聯(lián)通。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微米級金剛石晶體的全光寬帶傳感器系統(tǒng)，其特征在于：所述微波信號發(fā)生裝置包括微波發(fā)生器（13）和微波開關(guān)（12），所述微波開關(guān)（12）的信號輸入端一路與所述微波發(fā)生器（13）的信號輸出端相聯(lián)通、另一路與所述脈沖信號發(fā)生器（11）的信號輸出端相聯(lián)通。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微米級金剛石晶體的全光寬帶傳感器系統(tǒng)，其特征在于：所述金剛石晶體（8）為包含NV色心的金剛石晶體，所述金剛石晶體（8）的尺寸大小為微米級別，所述金剛石晶體（8）與所述錐形光纖（7）的末端通過低熒光紫外膠或低熔點熔融玻璃粉進(jìn)行連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微米級金剛石晶體的全光寬帶傳感器系統(tǒng)，其特征在于：所述電控位移平臺（9）與所述計算機（10）電性連接并由其控制，所述電控位移平臺（9）為用于搭載待測樣品（14）的二維平臺。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微米級金剛石晶體的全光寬帶傳感器系統(tǒng)，其特征在于：所述脈沖信號發(fā)生器（11）作用于聲光調(diào)制器（2）的控制信號包括直流信號和脈沖信號兩種；當(dāng)使用直流信號控制聲光調(diào)制器（2）時，產(chǎn)生的是連續(xù)的激光信號；當(dāng)使用脈沖信號控制聲光調(diào)制器（2）時，產(chǎn)生的是激光脈沖信號。

7.一種基于微米級金剛石晶體的全光寬帶傳感器系統(tǒng)的使用方法，用于對寬帶射頻磁場進(jìn)行光學(xué)傳感，其特征在于，包括如下步驟：

S1、進(jìn)行共聚焦光路（3）的搭建；

S2、將連接有金剛石晶體（8）的錐形光纖（7）的一端固定在三維位移平臺（6）上，并使得所述錐形光纖（7）未連接金剛石晶體的一端處于所述共聚焦光路（3）的焦點位置；

S3、將待測樣品（14）固定在電控位移平臺（9）上；

S4、計算機（10）控制脈沖信號發(fā)生器（11）產(chǎn)生兩路TTL脈沖信號，分別用于對微波開關(guān)（12）以及聲光調(diào)制器（2）進(jìn)行控制，以產(chǎn)生激光信號和已調(diào)的微波信號；

S5、激光信號通過共聚焦光路（3）進(jìn)入錐形光纖（7），照射到金剛石晶體（8）上，所述金剛石晶體（8）在待測射頻磁場、靜態(tài)磁場（15）、激光信號和已調(diào)微波信號的共同作用下產(chǎn)生熒光信號；

S6、用雪崩光電二極管（4）對此熒光信號進(jìn)行收集，并送入頻譜分析儀（5），利用頻譜分析儀（5）提取出熒光信號的強度，再由熒光信號的強度計算得到射頻磁場的場強。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于微米級金剛石晶體的全光寬帶傳感器系統(tǒng)的使用方法，其特征在于：當(dāng)作用于金剛石的激光信號為連續(xù)信號時，所產(chǎn)生的熒光信號也是連續(xù)信號；當(dāng)作用于金剛石的激光信號為脈沖信號時，此激光脈沖和已調(diào)微波信號同頻，交替作用于所述金剛石晶體（8），所產(chǎn)生的熒光信號為脈沖信號。