【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子精密测量领域，具体涉及一种基于nv色心的无微波电磁场测量方法及装置。
技术介绍
1、电磁场探测技术在航天航空、生物医疗、地质勘探及集成电路芯片检测等领域得到了有着重要作用。金刚石氮空位色心(nv色心)因其独特的量子自旋属性，已成为量子磁测量领域的一个重要工具，利用其原理制备的传感器具备着高空间分辨率和高灵敏度等特性。使用532nm激光照射后，可以发出637nm的荧光，基态自旋从ms＝±1态向ms＝0态布居转移，且ms＝0态辐射的荧光光子数更多，可以通过荧光强度分辨布居。在对应能量的微波作用下，会发生能级之间的共振跃迁，被称为光探测磁共振原理。
2、室温下常见的金刚石nv色心需要光场、磁场、微波场的共同作用，可以用于磁场、电场、温度、应力等物理量的测量，而微波磁场在一些特殊的场景或者针对某些被测样品并不宜使用，并且微波磁场会引入微波功率噪声和微波频率噪声，产生测量误差并降低测量灵敏度。无微波传感技术基于基态能级反交叉(gslac)附近光泵浦条件下nv色心光致发光的变化，需要外加1024g的强磁场。利用亥姆霍兹线圈和电磁铁的方案需要通入较大的电流，产生大量的热量，对环境的温度场产生影响。装置的体积和功耗较大，在开关磁场时，线圈中存在的电感导致无法及时地实现强磁场产生/撤去。永磁体可以实现磁场的稳定施加，但是较难通过改变永磁铁的位置线性地改变磁场的大小。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术公开了一种基于nv色心的无微波电磁场测量方法及装置，通过调节
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于nv色心的无微波电磁场测量装置包括：磁场发生结构、激光激发结构、色心选择结构和荧光探测结构；
4、所述磁场发生结构用于产生偏置磁场，偏置磁场包括恒定强磁场和可调小磁场；所述恒定强磁场的方向与nv轴的方向平行，用于为金刚石系综样品提供1024g的偏置磁场；所述可调小磁场用于对金刚石系综样品提供-10g至10g的可调小磁场。
5、可选地，所述磁场发生结构包括永磁体、可调电流源、通电导线、任意信号发生器、z轴升降台、角度位移台和xyz三轴位移台；
6、所述永磁体为稀土钕磁硼磁体，固定在由z轴升降台、角度位移台和xyz三轴位移台组成的机械平台上；
7、所述z轴升降台用于调节永磁体施加磁场的动态范围；
8、所述角度位移台用于对准永磁体磁场和nv轴的方向；
9、所述xyz三维位移台用于永磁体与nv色心之间um级的距离调节，位移台行程为±1.25cm，实现更精准的磁场大小设置与方向对准；
10、所述通电导线与可调电流源相连，电流的通断控制可调磁场的开关，电流的大小与方向对应磁场的大小与方向；
11、所述任意信号发生器用于给激光器、光电探测器和通电导线提供指定的电压序列脉冲。
12、所述激光发生结构包括激光器、聚焦透镜、声光调制器、双色镜和反射镜，用于将532nm的绿色泵浦激光聚焦到金刚石上；
13、所述激光器用于提供532nm的绿色泵浦激光；
14、所述聚焦透镜用于将激光器发射的激光聚焦输入所述声光调制器；
15、所述声光调制器用于对激光强度进行控制与调制；
16、所述双色镜用于反射输出的532nm的绿色激光，并通过物镜收集的红色荧光；
17、所述反射镜用于将激光反射至金刚石nv系统样品上；
18、所述色心选择结构包括金刚石nv系综样品、三轴位移台和高数值孔径物镜，通过调节物镜的不同位置，选择不同浓度不同磁场下的nv色心进行激光激发和荧光收集；
19、所述金刚石nv系综样品为<100>金刚石，存在四个轴向的nv色心，且均与金刚石切面的法向量成54.7°的夹角；
20、所述高数值孔径物镜用于将激光聚焦到nv色心上，并收集色心辐射的红色荧光返还至荧光光路中；
21、所述三轴位移台用于调节物镜的位置，选择不同磁场不同浓度的色心；
22、所述荧光探测结构包括解聚焦透镜、高通滤波片和光电探测器，用于收集金刚石nv色心辐射的红色荧光，光电探测器放在光路的焦点，并将收集的荧光转化成电信号进行处理；
23、所述解聚焦透镜用于确定荧光光路的焦点；
24、所述高通滤波片让650nm-800nm的荧光通过，滤除通过双色镜的绿光。
25、本专利技术还提供了一种基于nv色心的无微波电磁场测量方法，采用如上所述的一种基于nv色心的无微波电磁场测量装置，包括以下步骤：
26、s1、通过z轴升降台和角度位移台实现永磁体弱磁场下沿nv色心轴向的对准；
27、s2、确定永磁铁在xyz位移台的位置，施加1024g大小沿着nv轴的恒定强磁场；
28、s3、通过可调小磁场，实现荧光强度关于磁场的扫频，判断恒定强磁场的大小以及存在被测纵向磁场的大小；
29、s4、通过可调小磁场和激光的开关实现偏置磁场大小远离1024g的基态自旋极化；
30、s5、关闭激光和可调小磁场，持续时间为t，基态自旋在1024g处以rabi振荡的形式自发在ms＝0向ms＝-1之间跃迁，rabi振荡频率与电磁场的横向分量成正相关；ω∝γeb⊥γe为旋磁比，b⊥为待测横向磁场的大小，ω为rabi频率，∝代表正比于。
31、s6、通过加载激光脉冲对自旋读出，计算荧光布局度和横向磁场大小，被测横向磁场的大小表示为，两次测量中有/无被测磁场时，rabi频率解算出的横向磁场之差。
32、本专利技术的上述技术方案具有以下优点：
33、本专利技术结构合理、设计巧妙，调节永磁铁的位置施加恒定强磁场，导线产生可调磁场，以永磁体和电流产生的磁场组合的方式省去了结构复杂亥姆霍兹线圈及冷却的需求，在基态能级反交叉区域也能够实现偏置磁场较短时间内的快速变化，控制电流地通断构建磁场脉冲，进而解决整体装置小型化的问题，提高nv色心测量电磁场灵敏度。
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1.一种基于NV色心的无微波电磁场测量装置，其特征在于，所述装置包括：磁场发生结构、激光激发结构、色心选择结构和荧光探测结构；
2.根据权利要求1所述的一种基于NV色心的无微波电磁场测量装置，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种基于NV色心的无微波电磁场测量装置，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种基于NV色心的无微波电磁场测量装置，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种基于NV色心的无微波电磁场测量装置，其特征在于：
6.一种基于NV色心的无微波电磁场测量方法，应用于权利要求1-5所述的一种基于NV色心的无微波电磁场测量装置，其特征在于，所述方法包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于NV色心的无微波电磁场测量方法，其特征在于：沿着Z轴调节永磁铁位置出现荧光骤灭，改变导线电流方向和大小实现荧光强度关于磁场大小的扫频，存在被测磁场时，根据荧光亮度最暗时施加的电流强度大小计算纵向磁场分量的大小。
8.根据权利要求6所述的一种基于NV色心的无微波电磁场测量方法，其特征在于：磁场沿着NV
...【技术特征摘要】
1.一种基于nv色心的无微波电磁场测量装置，其特征在于，所述装置包括：磁场发生结构、激光激发结构、色心选择结构和荧光探测结构；
2.根据权利要求1所述的一种基于nv色心的无微波电磁场测量装置，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种基于nv色心的无微波电磁场测量装置，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种基于nv色心的无微波电磁场测量装置，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种基于nv色心的无微波电磁场测量装置，其特征在于：
6.一种基于nv色心的无微波电磁场测量方法，应用于权利要求1-5所述...
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