[發明專利]一種微波場場強測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201910011294.0
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109633290B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 李翠紅;杜愛民;葛亞松;馮曉;唐衡;袁愷鑫;趙琳;孫樹全
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所;中國科學院大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明適用于微波場場強測量技術領域，提供了一種微波場場強測量系統及測量方法，其中該微波場場強測量方法包括：將待測芯片放在物鏡上；利用定性的方法測得σ^?及σ⁺圓極化微波場的分布或者利用定量的方法測得每一像素點的σ^?圓極化微波場的強度B_?及每一像素點的σ⁺圓極化微波場的強度B₊。本發明中，采用寬場顯微成像技術，能夠進行快速的微波場測量及表征。利用本發明中的定性測量微波場場強可以達到dB量級、定量測量微波場場強可以達到nT量級，精度高。

技術領域

本發明屬于微波場場強測量技術領域，尤其涉及一種微波場場強測量系統及測量方法。

背景技術

精密的微波場測量技術對于微波技術的發展有著重大意義。傳統天線技術中，微波場場強測量技術主要有量熱法、峰值調制技術以及共面波導探測技術，天線偏振特性軸比的測量則是通過輔助的線極化天線測量。當代的通信技術、快電子學以及磁共振技術的發展，催生著對于納米級、高靈敏矢量微波場強與極化特性表征技術的高需求。雖然有一些高空間分辨率的微波場表征技術如SQUID、冷原子、自旋霍爾效應薄膜等出現，但是或者需要苛刻的溫度條件或者無法探測矢量場這些特點限制了它們的應用范圍。

量熱法只能測量微波功率，易受測量環境的溫度變化干擾；峰值調制技術測量范圍有限；共面波導技術需要進行矯正。上述三種微波場場強測量技術均難以進行高分辨率測量。為實現高分辨率測量，本領域的技術人員利用金剛石中NV色心的電子自旋實現高分辨率、高靈敏度、矢量、偏振微波場的測量。NV色心是指金剛石晶體中一個替位N原子和一個C原子空位配對并捕獲一個電子可以形成一個電子自旋S＝1的缺陷體系。由于金剛石中的NV色心是原子級尺寸，在室溫下具有很好的穩定性，可以自旋光極化和讀取，并且具有較長的自旋相干時間，基于光與原子相互作用，可以利用NV色心進行高靈敏度、高分辨率的微波場傳感。但是現有的基于金剛石中NV色心進行微波場傳感的技術多是基于共聚焦掃描技術，對特定點進行磁場傳感，要進行2D或者3D的微波場表征需要長時間的掃描測量，耗時長。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種微波場場強測量系統及測量方法，以解決現有技術中微波場測量及表征耗時長的技術問題。

本發明提供了一種微波場場強測量系統，包括：寬場顯微裝置、具有NV色心系綜的金剛石芯片、偏置磁鐵、微波源及CCD相機；所述寬場顯微裝置中的物鏡下方依次設置具有NV色心系綜的金剛石芯片及偏置磁鐵，所述具有NV色心系綜的金剛石芯片的NV色心位于物鏡焦平面位置，所述寬場顯微裝置的輸出端與所述CCD相機的輸入端連接，所述微波源的信號傳輸線位于具有NV色心系綜的金剛石芯片上。

進一步地，所述寬場顯微裝置包括激光器，沿所述激光器的激光出射路徑依次設置的第一透鏡、聲光調制器、第二透鏡、反射鏡、第三透鏡、雙色片及物鏡；沿所述雙色片的反射路徑依次設置的第四透鏡及濾光鏡，所述濾光鏡的出射光線進入所述CCD相機。

進一步地，所述偏置磁鐵為永磁鐵或電磁鐵或超導磁鐵。

本發明還提供了一種基于上述微波場測量系統的測量方法，包括：

將待測芯片放在物鏡上；

利用定性的方法測得σ^-及σ⁺圓極化微波場的分布或者利用定量的方法測得每一像素點的σ^-圓極化微波場的強度B_-及每一像素點的σ⁺圓極化微波場的強度B₊。

進一步地，利用定量方法測得每一像素點σ^-圓極化微波場的強度B_-及每一像素點σ⁺圓極化微波場的強度B₊后，還包括：

計算每個像素點的軸比值AR：