[发明专利]一种结合锁放处理的脉冲式NV色心磁场测量方法

说明书

一种结合锁放处理的脉冲式NV色心磁场测量方法，在保证脉冲式测量方法的高对比度的同时，结合锁相放大方法的低频噪声影响小等优点，有效地降低了脉冲式磁场测量的技术噪声，提高了脉冲式磁场测量的信噪比，进而提高了测量灵敏度，且操作简单，易于实现。

技术领域

本发明涉及磁场测量技术，特别是一种结合锁放处理的脉冲式NV色心磁场测量方法，在保证脉冲式测量方法的高对比度的同时，结合锁相放大方法的低频噪声影响小等优点，有效地降低了脉冲式磁场测量的技术噪声，提高了脉冲式磁场测量的信噪比，进而提高了测量灵敏度，且操作简单，易于实现。

背景技术

小区域弱磁场的检测和成像在材料科学、介观物理和生命科学等研究领域都有着广泛的应用。近年来，随着量子技术的飞速发展，一些新的磁场测量手段被提出并付诸实践，典型的代表有：超导量子干涉仪，基于无自旋交换弛豫的SERF磁强计，核磁共振磁强计和金刚石NV色心磁强计(NV，Nitrogen-Vacancy，氮-空位，金刚石内的氮-空位色心)。相较于其他磁场测量方案，NV色心在室温下启动、矢量测量等方面有着巨大优势。利用NV色心进行磁场测量一般有两种形式，一种是脉冲式，一种是连续式。脉冲式测量的对比度高，灵敏度高，但是同时噪声大，信噪比低；连续式测量灵敏度低于脉冲式，但是因为连续式测量可以对信号进行锁相放大处理，使得其低频噪声远低于脉冲式测量。因此，一种结合锁放处理的脉冲式NV色心磁场测量方法，相比传统的脉冲式测量具有更高的信噪比，其可观的应用前景将会引起巨大关注。

发明内容

本发明根据技术的发展，提供一种结合锁放处理的脉冲式NV色心磁场测量方法。

本发明的技术解决方案如下：

一种结合锁放处理的脉冲式NV色心磁场测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，脉冲发生模块根据第一操作指令产生脉冲序列，进行基于NV色心脉冲式磁场测量；步骤2，在测量过程中，信号发生器根据第二操作指令产生调制信号进行调制；步骤3，荧光探测模块对金刚石NV色心产生的荧光信号进行检测；步骤4，对原始测量结果进行锁相放大处理，并输出最终磁场测量结果。

按照设定的脉冲式磁场测量次数N循环步骤1至步骤3以获得N个原始测量结果，所述N个原始测量结果均通过数据采集模块记录并输出。

所述脉冲序列，包括激光脉冲、等待脉冲和微波操控脉冲；所述NV色心为金刚石内带一个负电的氮-空位色心；所述激光脉冲分为极化脉冲和检测脉冲，极化脉冲用于将NV色心的电子自旋态进行极化；等待脉冲紧接着极化脉冲之后，用于等待仍处于激发态和单态的电子完全弛豫到基态；微波操控脉冲紧接着等待脉冲之后，用于对NV色心电子自旋基态进行操控；检测脉冲紧接着微波操控脉冲之后，用于对NV色心电子的布居数进行检测。

每次脉冲式磁场测量序列的检测脉冲与下一次脉冲式磁场测量序列的极化脉冲共用。

所述调制信号包括激光功率、微波功率、微波频率和/或磁场。

所述微波频率的调制满足f₀+△fsin(ω_mt)，其中，f₀为调制中心频率，△f为调制深度，ω_m为角速度，t为时间，调制频率f＝(ω_m/2π)应小于系统采样率的1/5。

所述测量结果为时变信号，使用包括数据采集卡进行采集。

所述锁相放大处理，即对调制信号进行解调并放大后获得最终的磁场测量结果；锁相放大处理使得技术噪声被进一步抑制，增强了信噪比，进而提高了测量灵敏度。

本发明的技术效果如下：本发明一种结合锁放处理的脉冲式NV色心磁场测量方法，在保证脉冲式测量方法的高对比度的同时，结合锁相放大方法的低频噪声影响小等优点，有效地降低了脉冲式磁场测量的技术噪声，提高了脉冲式磁场测量的信噪比，进而提高了测量灵敏度，且操作简单，易于实现。

附图说明