[发明专利]一种金刚石色心能级的圆极化微波操控系统及方法

说明书

本发明公开了一种金刚石色心能级的圆极化微波操控系统及方法，该系统包括金刚石样品、微波源系统、相位调整系统、微波传输系统和控制系统。其中，微波源系统可提供两路微波信号，其中一路信号经过相位调整系统时，控制系统程序控制该路信号相位的改变，微波传输系统接收两路信号，由于微带天线谐振装置特殊的形状和尺寸设计，所产生的回波损耗低、面积内磁场均匀的宽带圆极化微波磁场可用于对金刚石色心能级的精密操控，这一过程是量子精密测量的重要基础。本发明实验环境简单，体积小，耗能少，鲁棒性好，而且更便于操控电子自旋基态能级间的翻转，为基于金刚石色心的量子计算、量子传感、量子传输等技术提供支撑。

技术领域

本发明涉及量子精密测量技术领域，尤其涉及一种金刚石色心能级的圆极化微波操控系统及方法。

背景技术

金刚石色心进行量子精密测量通过共聚焦荧光显微系统实现对NV色心系综的极化与检测。系统主要包括：光学操控系统、微波操控系统、磁场操控系统等。其中微波操控系统利用圆极化微波精密操控色心电子自旋基态能级翻转，其为金刚石色心进行量子精密测量提供了重要基础。高浓度金刚石材料中，微波磁场精密操控色心电子自旋系综基态能级的难度大。已有的金刚石色心基态能级的微波操控系统主要有通过500Gs的外磁场使色心基态能级发生塞曼分裂的系统、微波射频谐振场极化系统，该微波操控系统体积大、成本高，并且量子精密测量实验更需要回波损耗低、面积内磁场均匀的宽带圆极化微波磁场。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种金刚石色心能级的圆极化微波操控系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种金刚石色心能级的圆极化微波操控系统，该系统包括：金刚石样品、微波源系统、相位调整系统、微波传输系统、控制系统。其中，

所述含有NV色心的金刚石样品，放置于微波传输系统上；

所述的微波源系统可提供两路微波信号，并根据需求放大微波信号；

所述的相位调整系统在接收到微波源信号后，对其中一路的源信号进行移相操作；

所述的微波传输系统以金刚石样品为核心，利用微带天线谐振装置产生回波损耗低、面积内磁场均匀的宽带圆极化微波磁场，并将调制好的微波信号导入金刚石样品；

所述的控制系统与上述微波源系统、相位调整系统和微波传输系统均有连接，统一调控上述系统间的运作。

其中，微波源系统包括：微波源、开关、放大器等；微波源、开关及放大器与所述的控制系统连接，该系统用于产生操控色心量子态间跃迁的微波信号；

其中，相位调整系统包括：移相装置和电平转换装置。移相装置接收微波源系统的一路信号后改变其相位，移相装置接收微波源系统的一路信号后改变其相位，电平转换装置将移相装置与控制系统相连。

其中，微波传输系统包括：微带天线谐振装置和阻抗。微带天线谐振装置特殊的形状和尺寸设计可产生回波损耗低、面积内磁场均匀的宽带圆极化微波磁场，并将调制好的微波信号导入金刚石样品；

其中，控制系统统一调控微波源系统、相位调整系统以及微波传输系统的运作。

一种金刚石色心能级的圆极化微波操控方法，包括：

将金刚石样品放置在微带天线谐振装置的中心，其中两个端口分别接入微波源系统和相位调整系统输出的信号，其余端口分别与阻抗相连；

所述微波源系统输出两路信号，控制系统根据需求程序控制相位调整系统改变其中的一路信号的相位；

所述微波传输系统接收到两路信号后，其中的微带天线谐振装置可产生具有回波损耗低、宽带宽、圆极化和面积内磁场均匀特点的微波磁场；

所述微带天线谐振装置产生的微波磁场可实现对金刚石氮-空位色心电子自旋基态能级的精密操控。