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基于微波调相谱技术的金刚石色心自旋传感检测方法及系统

关键词 金刚石 , 色心自旋|2017-08-16 08:57:29|行业专利|来源 中国超硬材料网
摘要 申请号:201710256550.3申请人:中北大学发明人:刘俊郭浩唐军赵锐刘文耀朱强马宗敏赵彬彬高研杰
       申请号:201710256550.3
       申请人:中北大学
       发明人:刘俊 郭浩 唐军 赵锐 刘文耀 朱强 马宗敏 赵彬彬 高研杰

       摘要: 本发明公开了一种基于微波调相谱技术的金刚石色心自旋传感检测方法,包括如下步骤:(1)、将微波发射端(4)和微波接收端(5)对称安装在抗磁圆环(8)内侧,微波发射端(4)与微波源连接,微波接收端(5)连接FPGA的数据采集口或示波卡的信号输入端,或者,微波接收端(5)通过分口器分别连接示波卡的信号输入端和FPGA的数据采集口。本发明结合了微波调相谱技术进行金刚石色心原子共振信号的检测,用激光将电子能级激发,扫描外加磁场,利用金刚石色心基态能级对微波场的吸收作用检测微波信号的变化,用来读出色心自旋信息。本发明检测方法简便,精度高,而且消除了光路的复杂性和不稳定性,提高了原子磁共振的信噪比。
       主权利要求:1.一种基于微波调相谱技术的金刚石色心自旋传感检测方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)、将微波发射端(4)和微波接收端(5)对称安装在抗磁圆环(8)内侧,微波发射端(4)与微波源连接,微波接收端(5)连接FPGA的数据采集口或示波卡的信号输入端,或者,微波接收端(5)通过分口器分别连接示波卡的信号输入端和FPGA的数据采集口;(2)、将具有NV色心的金刚石(1)固定在抗磁圆环(8)中心,采用激光器发射激光照射到金刚石表面,初始化NV色心的自旋状态,使其都布局在ms=0的状态,使金刚石完成初始化;(3)、打开微波源,微波发射端发射微波扫频信号,设置微波场频率在2.85GHz~2.89GHz,扫频微波透过金刚石样品,微波接收端进行投射微波的吸收,微波接收端的信号进入示波卡和FPGA,示波卡实时显示图形,FPGA则对采集的信号进行数字滤波处理,并解算绘制解调图形显示在图形显示窗口;(4)、通过观察微波的吸收峰,由此直观看出金刚石色心的电子共振谱。
       2.一种基于微波调相谱技术的金刚石色心自旋传感检测系统,其特征在于:包括抗磁圆环(8),所述抗磁圆环(8)内侧对称安装有微波发射端(4)和微波接收端(5),所述微波发射端(4)连接微波源,所述微波接收端(5)连接FPGA和/或示波卡;所述抗磁圆环(8)中心固定具有NV色心的金刚石(1),所述金刚石(1)由激光器(2)照射到表面。
       3.根据权利要求2所述的基于微波调相谱技术的金刚石色心自旋传感检测系统,其特征在于:三个微波发射端(4)固定在抗磁圆环(8)内侧卡槽中,间隔15度;三个微波接收端(5)固定在抗磁圆环(8)内侧卡槽中,间隔15度。
       4.根据权利要求3所述的基于微波调相谱技术的金刚石色心自旋传感检测系统,其特征在于:微波发射端(4)包括树脂板,所述树脂板上印有宽度为0.03mm的环状金属丝作为微波发射天线;所述微波接收端(5)包括树脂板,所述树脂板上印有宽度为0.03mm的环状金属丝作为微波接收天线。
       5.根据权利要求4所述的基于微波调相谱技术的金刚石色心自旋传感检测系统,其特征在于:所述微波发射端或者微波接收端的制备方法如下:通过热压印技术将金属铜压在绝缘合成树脂板上,然后将具有天线结构图形的油纸紧贴在树脂板上,再次热压印转移图形,油纸上绘制天线结构图形的墨不溶于浓氨水,然后使用浓氨水除去树脂板上裸露的金属铜,留下天线结构,然后用砂纸把墨擦掉,形成金属铜微波天线。
       6.根据权利要求2所述的基于微波调相谱技术的金刚石色心自旋传感检测系统,其特征在于:所述抗磁圆环(8)采用铝合金材料制备。
       7.根据权利要求4所述的基于微波调相谱技术的金刚石色心自旋传感检测系统,其特征在于:所述环状金属丝直径为1cm。
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