[發(fā)明專利]一種固體色心頻率可調(diào)微波操控系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910289337.1
• 申請(qǐng)日: 2019-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN109921188B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁珩;韓志強(qiáng);楊笑盈;張寧;劉禹辰;陳祿;姜尚韜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q1/38
• 分類號(hào): H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q5/335;H01Q5/50;H01Q5/10;H01Q1/22
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

本發(fā)明公開了一種固體色心頻率可調(diào)微波操控系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括電壓調(diào)節(jié)模塊、固體色心樣品、微波源系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、調(diào)頻天線系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。其中，微波源系統(tǒng)可提供微波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過放大，后經(jīng)過調(diào)頻天線系統(tǒng)中的頻率可調(diào)微帶天線時(shí)，由于天線的饋電，調(diào)頻天線系統(tǒng)可輻射微波至固體色心樣品上，頻率可調(diào)微帶天線中的變?nèi)荻O管可以通過調(diào)整電壓調(diào)節(jié)模塊來改變天線整體阻抗，從而實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)功能。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)環(huán)境簡(jiǎn)單、體積小、魯棒性好，而且可以提供回波損耗低的寬帶頻率可調(diào)微波磁場(chǎng)，為基于固體色心的量子計(jì)算、量子傳感、量子傳輸?shù)燃夹g(shù)提供支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量子精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種固體色心的頻率可調(diào)微波操控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

固體色心進(jìn)行量子精密測(cè)量的過程包括自旋極化、自旋操控和自旋檢測(cè)三大過程。測(cè)量系統(tǒng)主要包括：光學(xué)操控系統(tǒng)、微波操控系統(tǒng)、磁場(chǎng)操控系統(tǒng)等，其中微波操控系統(tǒng)為固體色心進(jìn)行量子精密測(cè)量提供重要基礎(chǔ)。高濃度固體色心材料中，參與傳感的自旋數(shù)量較單個(gè)色心有數(shù)量級(jí)的飛躍，但基于固體色心的量子精密測(cè)量中的微波操控系統(tǒng)的天線會(huì)與系統(tǒng)內(nèi)組件發(fā)生近場(chǎng)耦合現(xiàn)象，且天線諧振頻率受基底材料、尺寸參數(shù)、加工誤差以及電磁環(huán)境等因素的影響，其諧振頻率會(huì)發(fā)生偏移，導(dǎo)致固體色心與微波操控系統(tǒng)的諧振頻率不匹配，引起微波磁場(chǎng)與固體色心發(fā)生非共振，進(jìn)而降低拉比頻率，且使對(duì)系統(tǒng)噪聲失去魯棒性，最終影響了量子精密測(cè)量的精度，因此量子精密測(cè)量更需要微波操控系統(tǒng)能提供回波損耗低的寬帶頻率可調(diào)微波磁場(chǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種固體色心的頻率可調(diào)微波操控系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種固體色心頻率可調(diào)微波操控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：電壓調(diào)節(jié)模塊、固體色心樣品、微波源系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、調(diào)頻天線系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中：

所述的電壓調(diào)節(jié)模塊與調(diào)頻天線系統(tǒng)中的頻率可調(diào)微帶天線相連；

所述的固體色心樣品，放置于調(diào)頻天線系統(tǒng)上；

所述的微波源系統(tǒng)可提供微波信號(hào)，對(duì)調(diào)頻天線系統(tǒng)中的頻率可調(diào)微帶天線進(jìn)行饋電；

所述的信號(hào)處理系統(tǒng)可處理微波信號(hào)，并根據(jù)需求放大微波信號(hào)；

所述的調(diào)頻天線系統(tǒng)以固體色心樣品為核心，利用頻率可調(diào)微帶天線中的變?nèi)荻O管調(diào)整天線整體阻抗，從而調(diào)節(jié)因近場(chǎng)耦合而產(chǎn)生的頻移，并將調(diào)制好的微波信號(hào)輻射至固體色心樣品；

所述的控制系統(tǒng)與上述電壓調(diào)節(jié)模塊、微波源系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和調(diào)頻天線系統(tǒng)均連接，所述的控制系統(tǒng)用于統(tǒng)一調(diào)控上述電壓調(diào)節(jié)模塊、微波源系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和調(diào)頻天線系統(tǒng)間的運(yùn)作。

其中，微波源系統(tǒng)包括：微波源、開關(guān)等。微波源、開關(guān)等器件與所述的控制系統(tǒng)連接，該系統(tǒng)用于提供對(duì)調(diào)頻天線系統(tǒng)饋電的微波信號(hào)。

其中，信號(hào)處理系統(tǒng)包括：放大裝置和電平轉(zhuǎn)換裝置。放大裝置放大微波源系統(tǒng)輸出的微波信號(hào)，電平轉(zhuǎn)換裝置將放大裝置與控制系統(tǒng)相連。

其中，調(diào)頻天線系統(tǒng)包括：頻率可調(diào)微帶天線裝置和天線支架等。頻率可調(diào)微帶天線中的變?nèi)荻O管可以通過調(diào)整電壓調(diào)節(jié)模塊來改變天線整體阻抗，從而實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)功能，天線饋電后可將調(diào)制好的微波信號(hào)輻射至固體色心樣品。

其中，控制系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)控電壓調(diào)節(jié)模塊、微波源系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和調(diào)頻天線系統(tǒng)間的運(yùn)作。

本發(fā)明還提供一種固體色心頻率可調(diào)微波操控方法，包括如下步驟：

步驟701、將電壓調(diào)節(jié)模塊與調(diào)頻天線系統(tǒng)中的頻率可調(diào)微帶天線裝置的變?nèi)荻O管相連；

步驟702、將固體色心樣品放置在頻率可調(diào)微帶天線裝置的樣品放置區(qū)域，其端口接入信號(hào)源系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)輸出的信號(hào)；