[發明專利]高通量單分子磁共振的測量裝置以及測量方法

有效

• 申請號: 201910324002.9
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN111830073B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 王鵬飛;蔡明誠;郭忠智;石發展;杜江峰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王寶筠

1.一種高通量單分子磁共振測量裝置，其特征在于，包括：

激光產生元件，產生多點激發光，所述多點激發光的相位不完全相同；

感測探頭元件，包括具有多個NV色心的金剛石樣品，所述金剛石樣品中的多個NV色心在所述激發光的激發下產生熒光信號；

熒光收集元件，用于收集所述多個NV色心在所述激發光的激發下產生的熒光信號，并區分不同NV色心對應的熒光信號；

位置調節元件，用于調節所述激光產生元件、所述感測探頭元件和所述熒光收集元件中至少一個的位置，使得所述金剛石樣品的色心平面與所述多點激發光平面重合以及所述金剛石樣品的熒光的光路方向與所述熒光收集元件的感光平面垂直；

微波磁場產生元件，用于產生預設磁場和預設微波場，所述預設磁場的磁場方向與所述金剛石樣品的NV軸重合，所述預設微波場用于操控所述金剛石樣品中的NV色心的量子態。

2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述金剛石樣品中所有的NV色心分布距離在所述金剛石樣品表面20納米范圍內。

3.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述多個NV色心中任意兩個NV色心之間沿第一方向之間的距離小于10納米，沿第二方向之間的距離大于系統的光學衍射極限，其中，所述第一方向垂直于所述金剛石的表面，所述第二方向平行于所述金剛石表面。

4.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述激光產生元件包括：激光器、光隔離器、第一偏振片、聲光調制器組、擴束系統、空間光調制器以及第一透鏡系統，其中，所述激光器用于產生第一激發光；所述光隔離器用于阻擋所述光隔離器背離所述激光器一側的激發光經反射進入所述激光器；所述第一偏振片用于將所述第一激發光的偏振方向調節至第一偏振方向；所述聲光調制器組用于控制所述第一激發光的開關；所述擴束系統用于放大所述第一激發光的光斑，形成第一光斑，使得所述第一光斑覆蓋整個所述空間光調制器的靶面；所述空間光調制器用于對所述第一激發光的相位進行調制，形成具有多個相位的第二激發光；所述第一透鏡系統用于基于所述空間光調制器輸出的多個相位的第二激發光，產生所述多點激發光。

5.根據權利要求4所述的測量裝置，其特征在于，所述聲光調制器組包括：多個聲光調制器，以控制所述第一激發光的開關。

6.根據權利要求4所述的測量裝置，其特征在于，所述第一透鏡系統包括：第一透鏡、濾光結構、第二透鏡、雙色鏡和物鏡，其中，所述第一透鏡用于將具有多個相位的所述第二激發光匯聚，所述濾光結構位于所述第一透鏡的焦平面上，用于阻擋所述第一透鏡出射光中的零級衍射光，將匯聚的所述第二激發光中的零級衍射光過濾掉，形成第三激發光，所述第二透鏡用于將所述第三激發光轉換成平行的第四激發光射出，所述雙色鏡用于改變所述第四激發光的傳輸方向，使其進入所述物鏡，所述物鏡用于基于所述第四激發光形成所述多點激發光射出。

7.根據權利要求4所述的測量裝置，其特征在于，所述金剛石樣品中位于當前視野范圍內的所有NV色心位置的確定方法包括：

將當前視野范圍劃分為n個形狀和大小相同的區域，利用所述空間光調制器產生n個激光光點，每個區域內有且僅有一個激光光點，且各光點在各自區域內的相對位置相同；改變所述空間光調制器的相位，使得每個區域內的激光光點同時掃描各自的區域，掃描中掃描到NV色心則標記并輸出，記錄該NV色心的位置，以獲得當前視野范圍內各NV色心的位置。