[发明专利]一种基于内嵌NV‑色心金刚石的磁场测量装置

摘要

本发明涉及一种基于内嵌NV‑色心金刚石的磁场测量装置，采用内含负价氮原子‑空位(negatively charged nitrogen‑vacancy，NV‑)色心的纳米金刚石颗粒作为敏感元件，采用相移型微纳光纤布拉格光栅作为样品腔，利用激光和微波对NV‑色心电子能级进行操控，通过检测NV‑色心的荧光强度实现磁场测量。本发明有较高的空间分辨率以及较好的稳定性，并且具有体积小、成本低、可室温操作等优势，可在被测对象表面或探入微小的孔和缝隙中进行测量，是一种基于固体原子自旋的磁场测量装置，可服务于未来各个领域的低成本、高空间分辨率的弱磁场测量需求。

主权项

一种基于内嵌NV‑色心金刚石的磁场测量装置，其特征在于，包括CCD图像传感器(7)、光纤耦合器(11)、调整架(14)和磁场测量探头(12)，所述磁场测量探头包括内嵌NV‑色心金刚石(6)敏感部件，相移型微纳光纤布拉格光栅(5)，静磁场线圈(2)，微带天线(4)和普通光纤(1)；其中：所述磁场测量探头(12)的前端是一个相移型微纳光纤布拉格光栅(5)，内嵌NV‑色心金刚石(6)位于相移型微纳光纤布拉格光栅(5)中央的微腔内，相移型微纳光纤布拉格光栅(5)背面镀有一条铜质微带天线(4)，通过其末端高频接线端(3)连接至微波源，为NV‑色心提供操控微波场，相移型微纳光纤布拉格光栅(5)末端用聚焦粒子束切平用于反射部分荧光，其前端通过一段圆锥过渡区域与普通光纤(1)相连，在普通光纤(1)靠近相移型微纳光纤布拉格光栅(5)处外侧缠绕细铜线形成静磁场线圈(2)，静磁场线圈(2)的接线端与电源的连接，为静磁场线圈供电产生静磁场，普通光纤(1)远离相移型微纳光纤布拉格光栅(5)的一端连接至光纤耦合器(11)；所述CCD图像传感器(7)、光纤耦合器(11)、调整架(14)集成于磁场测量装置外框(8)内，与532nm的激光器相连的光纤由调整架(14)固定，光纤发出的激光通过透镜(13)准直后照射到二向色镜(10)上并反射，通过对位于调整架(14)和二向色镜上(10)的旋钮的调节可以使反射的532nm激光通过光纤耦合器(11)耦合至磁场测量探头(12)，照射到位于磁场测量探头(12)前端的内嵌NV‑色心金刚石(6)，导致金刚石(6)内的NV‑色心的电子自旋被极化，NV‑色心的电子自旋与外界待测磁场相互作用后，产生的600nm‑800nm的荧光沿与入射激光相同的路径返回并透过二向色镜(10)，经过滤波片(9)滤掉532nm反射激光只让荧光通过，透过滤波片的荧光由CCD图像传感器(7)进行采集，通过对荧光的强度的检测实现磁场的测量。