[发明专利]耦合磁成像装置及测量方法

权利要求书

1.一种耦合磁成像装置，其特征在于，包括：

样品台，包括棱镜、金刚石，所述金刚石固定于所述棱镜正上方，所述样品台采用金刚石中的氮空位缺陷作为量子磁传感器；

微波装置，包括微波信号发生器和中心对称的辐射结构，所述微波信号发生器用于发射微波信号，所述辐射结构用于接收所述微波信号，并作为微波天线向所述金刚石的氮空位缺陷辐射微波磁场；

激光装置，用于发射中心波长为532nm的激光，所述激光以一定角度入射所述棱镜；

外磁场装置，位于样品台上方，与所述样品台的竖直方向呈一定角度，用于向所述金刚石的氮空位缺陷提供稳定磁场；

其中，所述样品台以插件模式耦合于光学显微镜。

2.根据权利要求1所述的耦合磁成像装置，其中，所述棱镜包括道威棱镜或矩形棱镜。

3.根据权利要求1所述的耦合磁成像装置，其中，所述激光装置发射的激光入射所述棱镜，通过所述棱镜在所述金刚石的第一表面内实现全反射，所述第一表面为金刚石与待测样品的接触面。

4.根据权利要求1所述的耦合磁成像装置，其中，所述辐射结构包括样品孔、固定孔、微波接口、导体铜层和铜丝，

所述样品孔位于辐射结构的中心，用于放置所述金刚石；

所述导体铜层位于所述样品孔的两侧，具有抛物线和圆弧平滑连接结构，使得所述铜丝的走向旋转90°；

所述微波接口位于所述辐射结构的两端，与所述导体铜层相连；

所述铜丝位于所述金刚石上方，跨过所述样品孔与所述导体铜层焊接在一起；

所述固定孔用于将所述辐射结构固定于所述样品台。

5.根据权利要求4所述的耦合磁成像装置，其中，所述铜丝的延伸方向平行于所述辐射结构的短边方向，以使所述铜丝在所述金刚石表面产生的磁场方向与所述金刚石的氮空位缺陷的夹角一致。

6.根据权利要求1所述的耦合磁成像装置，还包括成像装置，其中，所述成像装置位于样品台上方，用于采集待测样品的成像信号，并将所述成像信号转换为二进制数据。

7.根据权利要求6所述的耦合磁成像装置，还包括数据处理装置，用于将所述二进制数据转换为十进制数据，并采用图形处理器处理所述十进制数据。

8.一种应用于如权利要求1至7中任一项所述的耦合磁成像装置的测量方法，包括：

连接所述耦合磁成像装置和光学显微镜，调整激光装置，以便在金刚石的第一表面内形成激光光斑；

响应于接收到来自外磁场装置的磁场，调整所述光学显微镜，以便在所述光学显微镜的视野中形成强度最大、均匀分布的荧光图像；

通过调整所述微波装置和所述成像装置的测量参数，采集待测样品的成像信号，并将所述成像信号转换为二进制数据；

将所述二进制数据转换为十进制数据，累加所述十进制数据，得到每个像素点的连续波谱；

基于所述每个像素点的连续波谱，确定洛伦兹拟合的初值；

基于所述洛伦兹拟合的初值，采用图形处理器处理所述十进制数据，得到所述待测样品的磁图像。

9.根据权利要求8所述的测量方法，其中，所述采集待测样品的成像信号包括：

改变所述微波装置发射微波的微波频率，交替扫描所述金刚石的左共振峰和右共振峰，以同时采集所述金刚石的左共振峰数据和右共振峰数据。

10.根据权利要求8所述的测量方法，其中，所述采用图形处理器处理所述十进制数据，得到所述待测样品的磁图像包括：

图形处理器并行处理所述十进制数据，获得所述金刚石的左共振峰频率图和右共振峰频率图，结合所述金刚石的旋磁比，得到总磁场分布图像；

基于所述待测样品的梯度阈值，对所述总磁场图像进行全局多参数多项式拟合，得到外磁场分布图像；

基于所述总磁场分布图像和所述外磁场分布图像，得到所述待测样品的磁图像。