[發明專利]基于金剛石NV色心的單路三軸磁信息檢測方法及系統

有效

• 申請號: 202010516017.8
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111521961B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 郭浩;劉俊;唐軍;李中豪;馬宗敏;溫煥飛;王琴琴;武亮偉
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;武建云

1.一種基于金剛石NV色心的單路三軸磁信息檢測系統，其特征在于：包括位于光探測磁共振光路上的激光器（1）、凸透鏡（2）、帶有NV色心的金剛石（3）、濾光片（5）、凸透鏡（6）以及光電探測器（7），所述激光器（1）入射激光到凸透鏡（2）后把激光聚焦在金剛石（3）上，所述金剛石（3）的NV色心產生熒光信號透過濾光片（5），再經過凸透鏡（6）聚焦后被光電探測器（7）收集；

所述金剛石（3）下方固定有微波天線（4），所述微波天線（4）由位于PC機（11）上的微波控制模塊（12）控制，所述微波控制模塊（12）實現微波掃頻范圍為20MHz~5.4GHz以及等時序等頻率差輸出金剛石NV色心系宗四個軸向ODMR譜頻率信息；

所述光電探測器（7）的第一輸出端連接示波器（8），所述光電探測器（7）的第二輸出端與位于PC機（11）上的數據采集軟件（9）連接；所述數據采集軟件（9）實現單通道四路ODMR譜信號的采集功能，并與初始值進行數據對比計算，進行電磁信息解算以及三軸磁信息解算，最后輸出磁場檢測結果；

所述金剛石（3）旁邊設有磁鐵（10）。

2.一種基于金剛石NV色心的單路三軸磁信息檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、搭建權利要求1所述的基于金剛石NV色心的單路三軸磁信息檢測系統；

步驟二、以532nm的激光器（1）為光源，入射到凸透鏡（2）后把激光聚焦在金剛石（3）上，初始化NV色心的自旋狀態；

步驟三、開啟PC機（11），通過上位機軟件控制微波控制模塊（12）產生微波掃頻范圍為2.7~3.1GHz的掃頻信號；

步驟四、在激光信號與在微波掃頻信號的作用下，金剛石（3）的NV色心產生熒光信號，該熒光信號透過濾光片（5），再經過凸透鏡（6）聚焦后被光電探測器（7）收集，將光信號轉換為電信號，并在示波器（8）上觀察到金光石NV色心的ODMR譜；

步驟五、調整磁鐵（10）的位置，使金剛石NV色心的ODMR譜觀察到四對峰值；

步驟六、使用PC機（11）的微波控制模塊（12）控制微波源產生調頻信號，對金剛石NV色心的ODMR譜的四對峰值信號進行分頻調制，控制其單側四路信號的頻率差相等，確定其四路頻率為初始值，并通過光電探測器（7）采集，等時序依次輸出該四路信號，顯示在示波器（8）上；

步驟七、通過調整磁鐵（10）的位置，改變系統外部磁場的大小，金剛石NV色心的ODMR譜的峰值頻率發生變化，其四路峰值頻率與初始值的差值代表了NV色心四個軸向上的外部磁場的變化量，通過NV色心四個軸向與三軸磁場的轉換關系，得到外部磁場的變化量的大小與方向；

步驟八、將光電探測器（7）采集到信號傳輸到PC機（11）上數據采集軟件（9），經過電磁轉換、三軸磁信息解算，最終得到外部磁場的變化量，達到檢測三軸磁場的目的。