[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

一種基于熒光偏振效應的金剛石NV色心磁矢量測量方法，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，能夠提高熒光式磁場測量的信噪比和測量靈敏度，操作簡單，易于實現實時矢量測量，從而有效提高了矢量磁場測量的解算效率。

技術領域

本發明涉及磁場測量技術領域，特別是一種基于熒光偏振效應的金剛石NV色心磁矢量測量方法，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，能夠提高熒光式磁場測量的信噪比和測量靈敏度，操作簡單，易于實現實時矢量測量，從而有效提高了矢量磁場測量的解算效率。

背景技術

金剛石NV(Nitrogen-Vacancy，氮-空位)色心磁強計隨著量子傳感技術的發展成為新的熱點，NV色心磁強計在常溫下工作，易于操控檢測等方面有著巨大優勢，使得NV色心磁強計在小型化和集成化方面有巨大應用前景。目前，國內外已有大量基于激光調制技術、微波調制技術、鎖相放大技術、微波圓極化技術等的NV色心磁強計相關研究。NV色心磁強計研究重點在于提取信號靈敏度以及小型集成化。本發明人認識到，基于熒光偏振效應對xyz軸進行偏振調節的過程中，x軸、y軸、z軸所檢測的信號均包含4種固定軸向NV色心熒光信號，其中，必定有2種軸向隨激光偏振態變化趨勢相同，另兩種變化趨勢相反。因此，分別調節x軸、y軸、z軸偏振片，能夠使得各自方向所選2種軸向色心熒光對比度最大。以所述2種軸向NV色心熒光對比度最大為條件，在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時和通過工作頻率處掃描微波頻率確定刻度系數矩陣K2時，能夠提高熒光式磁場測量的信噪比和測量靈敏度，操作簡單，易于實現實時矢量測量，從而有效提高了矢量磁場測量的解算效率。有鑒于此，本發明人完成了本發明。

發明內容

本發明根據技術的發展，提供一種基于熒光偏振效應的金剛石NV色心磁矢量測量方法，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，能夠提高熒光式磁場測量的信噪比和測量靈敏度，操作簡單，易于實現實時矢量測量，從而有效提高了矢量磁場測量的解算效率。

本發明的技術解決方案如下：

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。