[發明專利]一種基于金剛石NV色心的微波近場矢量測量方法

有效

• 申請號: 202010549513.3
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111650543B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 陳國彬;杜關祥;楊會;何文豪;顧邦興;朱少晨
• 申請（專利權）人: 宿遷學院;南京郵電大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 許婉靜

本發明公開一種基于金剛石NV色心的微波近場矢量測量方法，首先測量出金剛石NV色心中NV軸在空間直角坐標系中的準確指向，其次利用空間旋轉的方式將其中一種NV軸方向分別旋轉至平行于空間直角坐標系中xyz軸，并分別在不同NV軸方向下進行微波近場矢量掃描測量，得出微波近場矢量分布。本發明基于金剛石NV色心的光學性質和矢量敏感特性，利用末端粘有金剛石NV色心的錐形光纖探頭作為傳感器，利用不同軸向的NV色心熒光信號的變化實現微波器件的微波近場矢量的高分辨率掃描測量。

技術領域

本發明涉及微波近場矢量測量技術領域，尤其涉及應用于微帶天線、微波集成電路(MMIC)芯片等微波器件的表征以及失效分析工作的微波近場矢量測量，具體為一種基于金剛石NV色心的微波近場矢量測量方法。

背景技術

微波近場矢量測量在微波器件表征性能表征方面起著重要的作用。傳統的微波近場測量使用是金屬開放式波導，其無法滿足高分辨率的矢量微波近場的測量需求。NV色心是金剛石中由替換碳原子的氮原子(Nitrogen)與其相鄰空位(Vacancy)構成的一種具有熒光特性的缺陷。NV色心在空間中具有矢量敏感特性，沿著NV軸方向的靜磁場與垂直于NV軸的平面極化電磁場都會影響NV色心的熒光特性。根據金剛石中的正四面體原子結構可知，具有多個NV色心的金剛石中具有四種不同固定方向的NV色心，如圖1所示，因此可以進行靜磁場以及微波場的高分辨率矢量測量。每種方向的NV色心所產生的熒光信號都能敏感垂直于NV軸方向上的微波場分量，另外，利用小體積顆粒樣品測量微波場可提高其測量分辨率，因此利用不同軸向的NV色心熒光信號的變化可以實現微波器件的微波近場矢量的高分辨率掃描測量。

公開號CN105823994B的中國專利于2019年2月15日公開了一種基于金剛石NV色心的微波磁場測量系統，該系統用于對待測微波的微波磁場進行測量。具體包括共聚焦顯微裝置、精密位移裝置、靜磁場調節裝置、具備NV色心的金剛石和信號處理裝置，精密位移裝置用于控制發射待測微波的微波源與NV色心的相對位移，靜磁場調節裝置用于控制施加在所述金剛石上的靜磁場的場強；共聚焦顯微裝置用于利用預設波長的激光激發該NV色心的電子狀態，記錄所述NV色心發出的熒光，并輸出反映該熒光的熒光信號；信號處理裝置用于根據熒光信號重構待測微波在納米量級分辨率的微波磁場矢量，從而能夠實現對待測微波的微波磁場的矢量測量。但是該專利無法實現微波矢量場不同方向分量的準確測量。

因此，本發明基于金剛石NV色心的光學性質和矢量敏感特性，利用末端粘有金剛石NV色心的錐形光纖探頭作為傳感器，研究了一種微波器件表面的微波近場矢量測量技術，能夠利用不同軸向的NV色心熒光信號的變化實現微波器件的微波近場矢量的高分辨率掃描測量。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種基于金剛石NV色心的微波近場矢量測量方法，首先獲取NV軸的空間指向，然后經由兩步旋轉調節NV軸方向，對不同NV軸方向的微波近場矢量分別進行掃描測量，得到該NV軸的微波近場矢量分布。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于金剛石NV色心的微波近場矢量測量方法，包括：

測量金剛石NV色心中NV軸在空間直角坐標系中的指向；

將任一NV軸方向分別旋轉至平行于空間直角坐標系中xyz軸，并在旋轉后的xyz軸方向下分別進行微波近場矢量掃描測量，得出微波近場矢量分布。

上述技術方案中，本發明基于金剛石NV色心的光學性質和矢量敏感特性，首先測量出金剛石NV色心中NV軸在空間直角坐標系中的準確指向，其次利用空間旋轉的方式將其中一種NV軸方向分別旋轉至平行于空間直角坐標系中xyz軸，并分別在不同NV軸方向下進行微波近場矢量掃描測量，得出微波近場矢量分布。該技術方案可用于微帶天線、微波集成電路(MMIC)芯片等微波器件的表征以及失效分析工作。

作為進一步的技術方案，測量金剛石NV色心中NV軸在空間直角坐標系中的指向進一步包括：