[实用新型]一种新型的三维扫描的自旋浓度测量系统

说明书

一种新型的三维扫描的自旋浓度测量系统，主要由激光聚焦调节系统、荧光采集系统和金刚石位移台。由激光通过共聚焦系统配合激光聚焦调节系统实现在网格化的金刚石上定点测量及聚焦深度的调节，其中聚焦压电组实现共聚焦系统聚焦深度调节，其主要由扭动压电组和伸缩压电组以间隔穿插的方式组成，通过运动配合来实现凸透镜的聚焦深度调节；金刚石由激发所产生的荧光通过PD采集后经数据采集卡传入计算机；金刚石固定于金刚石位移台，金刚石位移台实现nm尺度平面移动。测量系统将金刚石分为n层，每层分为nxn个矩阵网格，激光聚焦于nxnxn个网格内进行NV激发并采集荧光，计算每个格点的浓度实现三维浓度的扫描。

技术领域

本实用新型属于量子精密测量领域，尤其涉及金刚石NV-自旋浓度测量方法，具体为一种新型的三维扫描的自旋浓度测量系统。

背景技术

随着科技的不断前进，精密磁测量已经成为了现阶段的一个研究热点。为了得到更高灵敏度的磁信息，我们需要对各个可以实现磁信息测量的工具进行研究、对比，以得到最优化的精密测量工具并应用于各研究领域中。而现阶段，为了得到高灵敏度的磁信息检测，研究者们已经将重心转移到了利用电子自旋进行的磁信息检测的研究和控制。目前针对各种类型精密磁信息测量系统中存在的使用环境要求高，系统稳定性不高等问题，开展了利用金刚石NV色心电子自旋进行磁信息测量的基础研究，期望为未来的基于NV色心电子自旋的高灵敏度原子磁强计的应用奠定基础。目前金刚石NV色心电子自旋的产生基础是制备含有NV色心的金刚石，目前的研究NV色心的电子自旋主要有单NV色心电子自旋和集群NV色心，现已有对于单个NV色心的荧光采集测量手段，但对于集群NV色心的金刚石在NV浓度的测量与表征方面仍是一片空白，是急需进行要就并提出一种可靠测量方法的领域，这将会对实现基于NV色心的高灵敏度磁强计以及基于NV色心的研究具有深远的影响和重大的意义。

目前针对于金刚石NV色心的浓度采集多采用532nm的激光进行激发，并采集其由电子跃迁后产生的荧光并使用共聚焦显微成像观察，依次对整体的NV色心的浓度进行估算，但无法对金刚石进行三维扫描得到每一个面乃至每一层每一点的NV荧光强度，并根据单个NV对应的荧光强度计算出三维NV浓度矩阵。

发明内容

本实用新型的目的是从三维层面实现对金刚石整体及局部的自旋浓度测量，需要实现nm尺度的聚焦激光光斑大小，nm尺度精度mm尺度行程的激光聚焦调节系统；另一方面，在测量金刚石对金刚石某一待测量层进行网格划分时需要nm尺度的步进精度，行程也需要达到mm尺度，为此提出了两种由压电陶瓷组成的高精度驱动装置，分别为聚焦压电组与金刚石位移台。

本实用新型所实现的NV-浓度测量，采用的是激光共聚焦技术，将实验样片金刚石放置于金刚石位移台上，根据样品的尺寸和实验的要求，对金刚石进行三维网格划分，以进行后续实验，采用光学元件对激光进行多次聚焦等手段将nm尺度的激光焦点照射于金刚石的格点中。

本实用新型为实现高精度的激光聚焦调节系统，巧妙的设计了间隔式组合压电片组，通过间隔穿插安置的扭动压电组和伸缩压电组配合驱动来实现凸透镜的高精度移动，以此来实现对金刚石不同深度的自旋浓度测量，达到三维扫描的效果。为实现金刚石在平面内的高精度移动而提出的金刚石位移平台通过放置于其下部四个角点的四个压电驱动座进行驱动，压电驱动座由固定于底部固定座内壁的五个扭摆压电组直接驱动间接驱动球来对载物台进行驱动。通过激光聚焦调节系统实现对不同深度的自旋浓度测量，配合在平面内达到nm运动精度的金刚石位移平台进行每一深度面的矩阵网格划分，并对每个网格点进行浓度测量，并依次得到整体三维扫描浓度数据，此数据为三维矩阵，并根据单个NV色心荧光强度的比例，得到金刚石三维浓度数据。

为了达到上述目的，本实用新型实现目的所采用的技术方案是：

一种新型的三维扫描的自旋浓度测量系统，包括激光聚焦调节系统、荧光采集系统和金刚石位移台；