[發明專利]一種基于熒光偏振效應的金剛石NV色心磁矢量測量方法

有效

• 申請號: 202110283522.7
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113050000B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 袁珩;范鵬程;徐麗霞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01R33/32
• 分類號: G01R33/32;G01R33/34
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦;朱亞娜

1.一種基于熒光偏振效應的金剛石NV色心磁矢量測量方法，其特征在于，包括基于熒光偏振效應調節xyz三軸中各軸偏振片以獲得xyz每軸方向上相同變化趨勢的2種軸向NV色心熒光對比度最大，以此為條件通過共振峰頻率處的共振峰隨磁場變化確定能級劈裂矩陣K1，同時通過在工作頻率處掃描微波頻率確定刻度系數矩陣K2，利用公式解算得到金剛石NV色心磁矢量其中+為偽逆矩陣運算，為所述金剛石NV色心熒光信號變化；

其中Bx為x軸磁場分量，By為y軸磁場分量，Bz為z軸磁場分量，T為運算符；其中△flx為x軸方向熒光信號變化量，△fly為y軸方向熒光信號變化量，△flz為z軸方向熒光信號變化量；所述共振峰頻率通過光探測磁共振ODMR譜線結果確定，所述工作頻率通過對所述ODMR譜線結果求一階偏導確定，所述共振峰頻率按照序號分別記為f_p,1、f_p,2、f_p,3、f_p,4，所述工作頻率按照序號分別記為f_w,1、f_w,2、f_w,3、f_w,4；

所述K1采用下式計算：

指代j軸方向共振峰頻率f_p，i隨磁場的變化率，其中i＝1,2,3,4；j＝x，y，z；

所述K2采用下式計算：

指代i軸熒光信號強度Δfl_i隨工作頻率處微波頻率的變化率，其中i＝x，y，z；j＝1,2,3,4。

2.根據權利要求1所述的基于熒光偏振效應的金剛石NV色心磁矢量測量方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟101，偏置磁場組件根據第一操作指令產生偏置磁場；步驟102，極化激光組件、微波發生組件根據第二操作指令依次產生極化激光與微波脈沖序列；步驟103，對金剛石NV色心進行光探測磁共振ODMR測試，所得結果能有效區分4種固定軸向NV色心；步驟104，根據步驟103所得光探測磁共振ODMR譜線結果，確定共振峰頻率f_p,1、f_p,2、f_p,3、f_p,4，對光探測磁共振ODMR譜線結果求一階導數，確定工作頻率f_w,1、f_w,2、f_w,3、f_w,4；步驟105，依次調節x軸、y軸、z軸3個方向的偏振片，使得x軸、y軸、z軸3個方向上相同變化趨勢的2種軸向的NV色心熒光對比度最大；步驟106，在共振峰頻率f_p,1、f_p,2、f_p,3、f_p,4處測量共振峰隨磁場變化確定能級劈裂矩陣K₁，在工作頻率f_w,1、f_w,2、f_w,3、f_w,4處掃描微波頻率確定刻度系數矩陣K₂；步驟108，進行磁場解算，輸出磁場的方向和大小。

3.根據權利要求2所述的基于熒光偏振效應的金剛石NV色心磁矢量測量方法，其特征在于，步驟101所述的偏置磁場組件能產生大小、方向可調，且能保持輸出穩定的定向偏置磁場；作為一種選擇，偏置磁場組件可以采用多組恒流電流源控制亥姆赫茲線圈；作為一種選擇，偏置磁場組件亦可以采用永磁鐵固定于多維位移臺；

步驟102所述極化激光組件的主要組成部分為激光源、光束調制器件與相應光學元器件，其中，各組成部分通過空間光路相連接，該光路系統主要作用為完成金剛石色心電子量子態極化；所述的微波發生組件包括：微波源、開關、放大器、傳輸天線以及負載，該組件用于產生控制金剛石色心電子在基態量子態間翻轉的微波脈沖序列；

步驟103所述的金剛石NV色心進行光探測磁共振ODMR測試，固定微波功率掃描微波頻率，若其測試結果不能完全區分4種固定軸向NV色心，需重新調節步驟101中偏置磁場大小和方向。