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专利号: 2020105495133
申请人: 宿迁学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于金刚石NV色心的微波近场矢量测量方法,其特征在于,包括:

测量金刚石NV色心中NV轴在空间直角坐标系中的指向;

将任一NV轴方向分别旋转至平行于空间直角坐标系中xyz轴,并在旋转后的xyz轴方向下分别进行微波近场矢量扫描测量,得出微波近场矢量分布。

2.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心的微波近场矢量测量方法,其特征在于,测量金刚石NV色心中NV轴在空间直角坐标系中的指向进一步包括:获取具有八个分离谱峰的ODMR谱,分析每对谱峰间的频率宽度得到每个NV轴向上投影的磁场强度;

分别对金刚石样品施加沿着空间直角坐标系Z轴正反方向与Y轴正反方向上的静磁场,同时测量其ODMR谱并分析每对谱峰所对应的频率变化量;

建立起NV坐标系与空间直角坐标系之间的关系,得到各NV轴指向角度。

3.根据权利要求2所述的基于金刚石NV色心的微波近场矢量测量方法,其特征在于,建立起NV坐标系与空间直角坐标系之间的关系进一步包括:建立NV坐标系到理想正交坐标系的转换模型Bo=KNoBNV,Bo为理想正交坐标系下分量,BNV为NV坐标系下分量,KNo为NV坐标系到理想正交坐标系的转换矩阵;

获取理想正交坐标系与空间直角坐标系的转换关系Bo=KeoBe,Be为空间直角坐标系下分量,Keo为空间直角坐标系到理想正交坐标系的转换矩阵;

将分别对金刚石样品施加的四种不同的磁场矢量转化到理想正交坐标系下进行运算得到转换矩阵Keo的参数,建立NV坐标系与空间直角坐标系的转换关系BNV=KoNKeoBe,得到各NV轴指向角度。

4.根据权利要求3所述的基于金刚石NV色心的微波近场矢量测量方法,其特征在于,将分别对金刚石样品施加的沿着空间直角坐标系Z轴正反方向与Y轴正反方向上的静磁场转化到理想正交坐标系下进行运算,得到转换矩阵Keo的参数θ、ω、 包括:将对金刚石样品施加的沿着空间直角坐标系Z轴的两个强度相同、方向相反的磁场矢量转化到理想坐标系下,计算得到θω值;

将对金刚石样品施加的沿着空间直角坐标系Y轴的两个强度相同、方向相反的磁场矢量转化到理想坐标系下,计算得到 值。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于金刚石NV色心的微波近场矢量测量方法,其特征在于,所述方法基于NV轴向标定系统获取各NV轴指向角度,所述NV轴向标定系统包括NV色心磁场敏感部分和共聚焦光路系统;

在NV色心磁场敏感部分:金刚石颗粒固定于锥形光纤的尖端;螺旋天线连接于微波源用于产生微波信号;亥姆霍兹磁场线圈连接高精度电流源,用于产生均匀的可调直流磁场;

光纤末端的金刚石颗粒固定于亥姆霍兹线圈的中心,同时靠近天线磁场分布的最强点;钕铁硼永磁体放置于金刚石颗粒附近,为NV色心ODMR谱劈裂为八个峰提供固定磁场;

在共聚焦光路系统:脉冲信号发生器用于产生控制;激光器产生的激光经过透镜聚焦后进入声光调制器进行激光脉冲时序控制,由声光调制器射出的发散光经过透镜转为平行光并由二向色镜反射进入长工作距离物镜聚焦,聚焦后的光线通过锥形光纤的柱形截面端照射至金刚石中;金刚石产生的红色荧光信号经过长工作距离物镜转化为平行光并穿过二向色镜进入物镜聚焦;聚焦后的红色荧光由锁相放大器接收并转为电信号,锁相放大器利用脉冲信号发生器产生的激光微波二次调制信号对该电信号进行采集解调。

6.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心的微波近场矢量测量方法,其特征在于,所述方法进一步包括:将所述任一NV轴方向旋转至z轴方向,施加z轴方向的静磁场,测量微波近场矢量xoy平面分量的分布成像;

将所述任一NV轴方向旋转至x轴方向,施加x轴方向的静磁场,测量微波近场矢量yoz平面分量的分布成像;

将所述任一NV轴方向旋转至y轴方向,施加y轴方向的静磁场,测量微波近场矢量xoz平面分量的分布成像;

基于微波近场矢量分别在xoy平面分量的分布成像、yoz平面分量的分布成像、xoz平面分量的分布成像,得到微波近场矢量分布。

7.根据权利要求6所述的基于金刚石NV色心的微波近场矢量测量方法,其特征在于,将所述任一NV轴方向旋转至z轴方向进一步包括:将所述任一NV轴方向绕y轴旋转至yoz平面,再绕x轴旋转至z轴方向。

8.根据权利要求6所述的基于金刚石NV色心的微波近场矢量测量方法,其特征在于,将所述任一NV轴方向旋转至x轴方向进一步包括:将所述任一NV轴方向绕x轴旋转至xoz平面,再绕y轴旋转至x轴方向。

9.根据权利要求6所述的基于金刚石NV色心的微波近场矢量测量方法,其特征在于,将所述任一NV轴方向旋转至y轴方向进一步包括:将所述任一NV轴方向绕y轴旋转至yoz平面,再绕x轴旋转至y轴方向。

10.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心的微波近场矢量测量方法,其特征在于,所述方法基于NV轴向旋转调节及微波近场矢量测量系统实现,所述NV轴向旋转调节及微波近场矢量测量系统包括亥姆霍兹线圈、具有NV色心的金刚石颗粒、锥形光纤、二维旋转平台、微波近场测量元件和xy二维线性位移扫描平台;亥姆霍兹线圈用于产生均匀的可调直流磁场;具有NV色心的金刚石颗粒固定于锥形光纤的尖端;锥形光纤末端的金刚石颗粒固定于亥姆霍兹线圈的中心;二维旋转平台用于旋转金刚石颗粒的NV轴;xy二维线性位移扫描平台用于扫描测量微波近场矢量分布。