【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子精密测量，具体是一种基于金刚石nv色心差动式的量子传感频率追踪系统。
技术介绍
1、当今正处在传统计量向量子计量转变的时期，量子精密测量技术利用量子调控技术带来革命性的突破，克服了传统测量技术所面临的多种局限性，显著提升了测量性能，该领域在国际上已成为研究的热门领域。金刚石nv色心是一种在金刚石晶格中含有氮-空位缺陷的结构，具有独特的性质，可应用于测量磁场。通过使用微波源激发和光学检测，金刚石nv色心可以实现高灵敏度、高分辨率的磁场测量。
2、目前，国内外的金刚石nv色心磁场测量研究主要关注提高荧光对比度以提高系统灵敏度。虽然随着光学方法的发展，系统灵敏度不断提高，但随着研究不断深入，通过光学方法来提高系统性能也变得越来越困难。微波电路是金刚石nv色心量子探测系统中重要的组成部分，也是提高系统性能的关键因素之一。因此，对微波方面进行改进，通过对微波源控制，使其能够快速追踪金刚石nv色心的共振频率也能有效提高系统性能。
3、在传统设计中，测磁系统没有考虑环境磁场噪声，光学噪声和电磁等的干扰，微波模块直接将电信号经微波天线传输到金刚石nv色心，从而产生测量误差，影响整个系统的灵敏度和精确度，为此提出一种基于金刚石nv色心差动式的量子传感频率追踪系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于金刚石nv色心差动式的量子传感频率追踪系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于
3、激光模块，用于将激光传入金刚石nv色心使其产生荧光强度信号；
4、光电探测模块，用于将金刚石nv色心产生的荧光强度信号转化为电信号；
5、误差校正模块，用于对电信号进行处理，降低环境磁场噪声、光学和电磁干扰误差；
6、微波控制模块，根据处理后的信号产生能够快速追踪金刚石nv色心共振频率的电信号；
7、微波转化模块，用于将电信号转化为微波信号传入金刚石nv色心。
8、作为本专利技术进一步的方案：所述金刚石nv色心包括第一金刚石nv色心和第二金刚石nv色心，且第一金刚石nv色心和第二金刚石nv色心对称放置在待测磁场的两侧。
9、作为本专利技术进一步的方案：所述激光模块包括激光源、声光调制器、分光器和二向色镜，所述激光源用于让金刚石nv色心发生能级跃迁，产生荧光强度信号，所述声光调制器用于控制激光源的强度，所述分光器用于将激光源平均分成两束激光传入第一金刚石nv色心和第二金刚石nv色心，所述二向色镜用于反射激光源产生的光强信号，并透过金刚石nv色心辐射的荧光强度信号。
10、作为本专利技术进一步的方案：所述光电探测模块包括光电探测器和滤波片，所述光电探测器用于将金刚石nv色心产生的荧光强度信号转换为电信号，所述滤波片用于选择特定波长或波段的光线，同时屏蔽掉其他波长或波段的光线。
11、作为本专利技术进一步的方案：所述误差校正模块包括锁相放大器、积分电路、pid电路和差分放大电路，所述锁相放大器用于将转化的电信号进行解调，在被测磁场的作用下金刚石nv色心出现低、高共振频率rl和rh，rl和rh会被锁相放大器解调，产生odmr曲线的一阶微分谱线，所述积分电路用于对所述一阶微分谱线进行积分，所述pid电路用于对电信号进行降噪处理，所述差分放大电路用于将所述pid电路处理后的信号进行差分计算，由于产生共振频率rl和rh的时间不同，所述差分放大电路根据时间差分别计算出rl和rh频率处的差分结果。
12、作为本专利技术进一步的方案：所述微波控制模块是由fpga控制模块和微波发生器构成，所述fpga控制模块根据差分后的信号产生相应的控制程序控制所述微波发生器，所述微波发生器用于产生能够追踪金刚石nv色心共振频率的电信号。
13、作为本专利技术进一步的方案：所述的fpga控制模块是由模数转换模块adc、fpga板卡和数模转换模块dac构成，所述模数转换模块adc将输入模拟信号转换为数字信号，并把数字信号通过串口通信发送至fpga板卡，所述fpga板卡用于对数据进行处理，并产生相应的控制信号，所述数模转换模块dac用于与fpga板卡通信并将控制信号传入微波发生器。
14、作为本专利技术进一步的方案：所述微波转化模块是由微波天线和功率放大器构成，所述微波天线用于将电信号转化成微波信号，所述功率放大器用于放大微波信号。
15、作为本专利技术进一步的方案：所述微波天线放置在靠近金刚石位置处，且所述微波天线相对金刚石的朝向和位置保持一致。
16、作为本专利技术进一步的方案：所述金刚石的数量为两个，两个金刚石在四个轴向上的磁场分力是相近或相同的。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
18、本专利技术通过将两个具有nv色心的金刚石放置在待测磁场的两侧，通过对两侧金刚石nv色心测得高低共振频率处的信号分别进行差分处理，可以有效减小环境磁场噪声以及温度漂移效应对测磁系统的影响，在信号处理过程中使用pid控制电路有效减小了系统光学噪声、电磁干扰等的误差，处理完成后的信号通过微波控制模块控制微波发生器的中心频率，可以使金刚石nv色心发出荧光强度的变化和待测磁场大小的变化保持一致，提高了整个系统共振频率的追踪精度。
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1.一种基于金刚石NV色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述金刚石NV色心(2)包括第一金刚石NV色心(2A)和第二金刚石NV色心(2B)，且第一金刚石NV色心(2A)和第二金刚石NV色心(2B)对称放置在待测磁场(7)的两侧。
3.根据权利要求2所述的基于金刚石NV色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述激光模块(1)包括激光源、声光调制器、分光器和二向色镜，所述激光源用于让金刚石NV色心(2)发生能级跃迁，产生荧光强度信号，所述声光调制器用于控制激光源的强度，所述分光器用于将激光源平均分成两束激光传入第一金刚石NV色心(2A)和第二金刚石NV色心(2B)，所述二向色镜用于反射激光源产生的光强信号，并透过金刚石NV色心(2)辐射的荧光强度信号。
4.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述光电探测模块(3)包括光电探测器和滤波片，所述光电探测器用于将金刚石NV色心(2)产生的荧光强度信号
5.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述误差校正模块(4)包括锁相放大器(8)、积分电路(9)、PID电路(10)和差分放大电路(11)，所述锁相放大器(8)用于将转化的电信号进行解调，在被测磁场的作用下金刚石NV色心(2)出现低、高共振频率RL和RH，RL和RH会被锁相放大器(8)解调，产生ODMR曲线的一阶微分谱线，所述积分电路(9)用于对所述一阶微分谱线进行积分，所述PID电路(10)用于对电信号进行降噪处理，所述差分放大电路(11)用于将所述PID电路(10)处理后的信号进行差分计算，由于产生共振频率RL和RH的时间不同，所述差分放大电路(11)根据时间差分别计算出RL和RH频率处的差分结果。
6.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述微波控制模块(5)是由FPGA控制模块和微波发生器(15)构成，所述FPGA控制模块根据差分后的信号产生相应的控制程序控制所述微波发生器(15)，所述微波发生器(15)用于产生能够追踪金刚石NV色心(2)共振频率的电信号。
7.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述的FPGA控制模块是由模数转换模块ADC(12)、FPGA板卡(13)和数模转换模块DAC(14)构成，所述模数转换模块ADC(12)将输入模拟信号转换为数字信号，并把数字信号通过串口通信发送至FPGA板卡(13)，所述FPGA板卡(13)用于对数据进行处理，并产生相应的控制信号，所述数模转换模块DAC(14)用于与FPGA板卡(13)通信并将控制信号传入微波发生器(15)。
8.根据权利要求1所述的基于金刚石NV色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述微波转化模块(6)是由微波天线和功率放大器构成，所述微波天线用于将电信号转化成微波信号，所述功率放大器用于放大微波信号。
9.根据权利要求8所述的基于金刚石NV色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述微波天线放置在靠近金刚石位置处，且所述微波天线相对金刚石的朝向和位置保持一致。
10.根据权利要求9所述的基于金刚石NV色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述金刚石的数量为两个，两个金刚石在四个轴向上的磁场分力是相近或相同的。
...【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石nv色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于金刚石nv色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述金刚石nv色心(2)包括第一金刚石nv色心(2a)和第二金刚石nv色心(2b)，且第一金刚石nv色心(2a)和第二金刚石nv色心(2b)对称放置在待测磁场(7)的两侧。
3.根据权利要求2所述的基于金刚石nv色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述激光模块(1)包括激光源、声光调制器、分光器和二向色镜，所述激光源用于让金刚石nv色心(2)发生能级跃迁，产生荧光强度信号，所述声光调制器用于控制激光源的强度，所述分光器用于将激光源平均分成两束激光传入第一金刚石nv色心(2a)和第二金刚石nv色心(2b)，所述二向色镜用于反射激光源产生的光强信号，并透过金刚石nv色心(2)辐射的荧光强度信号。
4.根据权利要求1所述的基于金刚石nv色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述光电探测模块(3)包括光电探测器和滤波片，所述光电探测器用于将金刚石nv色心(2)产生的荧光强度信号转换为电信号，所述滤波片用于选择特定波长或波段的光线，同时屏蔽掉其他波长或波段的光线。
5.根据权利要求1所述的基于金刚石nv色心差动式的量子传感频率追踪系统，其特征在于，所述误差校正模块(4)包括锁相放大器(8)、积分电路(9)、pid电路(10)和差分放大电路(11)，所述锁相放大器(8)用于将转化的电信号进行解调，在被测磁场的作用下金刚石nv色心(2)出现低、高共振频率rl和rh，rl和rh会被锁相放大器(8)解调，产生odmr曲线的一阶微分谱线，所述积分电路(9)用于对所述一阶微分谱线进行积分，所述pid电路(10)用于对电信号进行降噪处理，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬梅，项彪，周峰，李小飞，陈乐乐，赵龙，朱太云，耿佳琪，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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