[發明專利]基于微米級金剛石晶體的全光寬帶傳感器系統及其使用方法

在審

• 申請號: 201811547828.3
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109669147A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 杜關祥;和文豪;董明明;胡振忠;劉穎;楊博
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 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任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

本發明揭示了一種基于微米級金剛石晶體的全光寬帶傳感器系統，包括：信號發生組件、信號接收裝置、共聚焦光路、靜態磁場、三維位移平臺、電控位移平臺以及計算機；所述信號發生組件包括激光信號發生裝置、微波信號發生裝置、脈沖信號發生器；所述激光信號發生裝置及微波信號發生裝置均與所述脈沖信號發生器電性連接并由其控制；所述脈沖信號發生器、信號接收裝置以及電控位移平臺三者均與所述計算機電性連接并由其控制；所述共聚焦光路的末端與所述三維位移平臺相連接，所述三維位移平臺上安裝有錐形光纖，所述錐形光纖的末端安裝有金剛石晶體。本發明空間分辨率高，且不會使所檢測磁場產生偏差，對磁場的侵擾小，使用效果優異。

技術領域

本發明涉及一種傳感器系統及其使用方法，尤其涉及一種基于微米級金剛石晶體的全光寬帶傳感器系統及其使用方法，屬于射頻磁場測量技術領域。

背景技術

射頻和微波場的精密測量在諸多領域內均具有重要的意義，如單片微波集成電路(MMIC)的故障分析、電磁干擾/電磁兼容(EMI/EMC)電磁耦合效應的研究、近場/遠場天線測量以及生物醫學研究等。探測和繪制磁場圖一直是物理學和工程科學的基本興趣，也正基于此，目前人們已經研究出了多種方法用于測量微波場。

其中，較為傳統的方法是使用開放式波導(OEW)作為探頭來檢測局部電磁場的磁或電分量。然而，由于探頭金屬材質的特性，不可避免地會對集成電路磁場產生干擾，進而會導致實際場產生嚴重的偏差，因此這種方式通常僅能夠用于設備級別的故障分析中。

隨著集成芯片技術的不斷發展，產品小型化的趨勢日益明顯，加之單個芯片內部組件間的聯網和交叉連接日益復雜，對于芯片級的故障診斷、高分辨率的磁場探測技術就顯得尤為重要。但目前，尚未出現一種能夠妥善解決這一任務的相關技術。

近期有業內人士提出了一種新的檢測電磁場的方法。其中，基于磁光(MO)效應的光學傳感是一種利用光穿過放置在電磁場中的MO固體傳播時偏振度的變化、測量沿光傳輸方向磁分量的方法。目前人們已經研究了用堿金屬氣室測量磁場的原子磁強計，其測量精度和靈敏度覆蓋直流到微波頻率范圍。這些磁強計測量電場和磁場，要么通過測量其在直流磁場中的能量偏移、要么通過監測電磁場中的兩個亞穩態之間的Rabi振蕩，由于受到熱蒸汽原子擴散的影響，其空間分辨率被限制到了毫米尺寸。

自旋電子傳感器是由凝聚態物理學家提出的一種測量電磁場強度的傳感器。該技術允許微波場在基于自旋整流效應(SRE)的自旋動力傳感器或者基于塞貝克整流效應的磁隧道結(MTJ)傳感器中直接整流成直流電壓。這一技術注意到了自旋電子傳感器對電場和磁場的乘積或電場平方的敏感性，為高分辨率的場成像提供了新思路。然而，由于受到探測器的整體尺寸、破壞性，或高溫、低溫或潮濕環境等惡劣條件的影響，如何在實際應用中對射頻和微波場高分辨率成像取得令人滿意的效果仍是一個有待解決的問題。

NV色心是金剛石中的一個原子晶格缺陷，由一個替換的氮原子和金剛石晶格中的一個相鄰空位組成，金剛石晶體結構中的NV色心具有C_3V對稱性。它有兩個電荷態，即中性(NV⁰)或負電荷(NV^-，以下簡稱NV中心)。在室溫條件下，NV中心具有相對較長的自旋壽命，可以用綠激光進行偏振和光學讀出。