[發明專利]基于固態自旋復合體系的電磁測量方法及裝置

在審

• 申請號: 202210116332.0
• 申請日: 2022-02-07
• 公開（公告）號: CN114460383A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 謝才津;榮星;謝一進;朱云彬;杜江峰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08;G01R29/12;G01R33/032
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發明提供了一種基于固態自旋復合體系的電磁測量方法，包括：對固態自旋復合體系施加穩恒磁場，其中，固態自旋復合體系由基于固態自旋的磁敏感單元與磁電耦合材料組成；對磁敏感單元施加激發光和操控場，得到預處理復合體系；將預處理復合體系置于待測磁場中，對磁電耦合材料施加調制場，以對待測磁場進行測量；將預處理復合體系置于待測電場中，以對待測電場進行測量。本發明提供的電磁測量方法具有更高的靈敏度，且實現了低頻噪聲抑制。

技術領域

本發明涉及磁場測量和電場測量方法的技術領域，具體涉及一種基于固態自旋復合體系的電磁測量方法及裝置。

背景技術

磁場測量是指對空間或磁性材料中磁通、磁通密度、磁通勢、磁場強度等的測量。空間的磁通密度與磁場強度成比例關系，空間磁場強度的測量，實質上也是磁通密度的測量。其中，微弱磁場測量在地磁導航、地質資源勘探、科學研究、國防建設與醫療儀器等領域都有廣泛應用。現階段用于微弱磁場測量的傳感器類型較多，主要包括磁通門傳感器、探測線圈傳感器、磁阻傳感器、巨磁阻抗磁傳感器、量子超導干涉儀、基于固態自旋的磁傳感器等。其主要存在靈敏度低、空間分辨率低、使用條件苛刻、成本較高等問題。

電場測量是指電場強度的測量。為獲得各種傳播數據和參量供無線電路進行正確設計，需要對接收地點的電場強度進行測量。電場強度的測量在解決電磁兼容問題時亦是一項重要工作。在現有技術中，利用逆壓電效應測量電場的方法的電場測量靈敏度為20V/m/√Hz。其靈敏度較低，需要一種靈敏度更高的測量方法。

發明內容

鑒于上述問題，本發明提供了基于固態自旋復合體系的電磁測量方法及裝置。

根據本發明的第一個方面，提供了一種基于固態自旋復合體系的電磁測量方法，包括：對固態自旋復合體系施加穩恒磁場，其中，固態自旋復合體系由基于固態自旋的磁敏感單元與磁電耦合材料組成；對磁敏感單元施加激發光和操控場，得到預處理復合體系；將預處理復合體系置于待測磁場中，對磁電耦合材料施加調制場，以對待測磁場進行測量；將預處理復合體系置于待測電場中，以對待測電場進行測量。

根據本發明的實施例，磁敏感單元為基于固態自旋的磁敏感單元，基于固態自旋的磁敏感單元為包含NV色心系綜的金剛石。

根據本發明的實施例，磁電耦合材料的磁學性質可以被作用于其上的電場調控。

根據本發明的實施例，對磁電耦合材料施加調制場包括：將信號發生器連接于磁電耦合材料；通過信號發生器對磁電耦合材料施加調制場，其中，調制場為交變電場。

根據本發明的實施例，對磁敏感單元施加激發光和操控場，得到預處理復合體系包括：對磁敏感單元施加預設波長和預設光強的激發光，以對磁敏感單元進行連續激發；對磁敏感單元施加預設頻率和預設磁場強度的操控場，得到預處理復合體系。

根據本發明的實施例，通過檢測自旋系綜產生特征信號周期振蕩幅度的變化對所述待測磁場進行測量包括：所述特征信號為磁敏感單元發出的熒光信號；測得熒光信號強度的周期性變化幅度；根據同頻參考信號解調熒光強度周期性變化幅度，實現測量待測磁場。

根據本發明的實施例，通過檢測自旋系綜產生特征信號的變化對所述待測電場進行測量包括：所述特征信號為磁敏感單元發出的熒光信號；測得熒光信號強度的變化；根據熒光強度與待測電場強度間線性關系，通過熒光強度變化反解，實現測量待測電場。

根據本發明的實施例，對磁敏感單元施加預設波長和預設光強的激發光包括：光源發出預設波長和光強的激發光；通過透鏡對激發光進行準直和聚焦，以使激發光照射在磁敏感單元上。

根據本發明的實施例，對磁敏感單元施加預設頻率和預設磁場強度的操控場包括：將固態自旋復合體系設置于微帶天線上；通過連接于微帶天線上的微波源調控微帶天線，微帶天線發射預設頻率和預設磁場強度的操控場，操控場為均勻高頻磁場。