金刚石NV色心微波探测器的制作方法

本发明涉及金刚石色心量子传感，尤其涉及一种金刚石nv色心微波探测器。

背景技术：

1、目前，基于金刚石nv(nitrogen-vacancy，氮-空位)色心的微波探测技术正在稳步发展。但现有的基于金刚石nv色心的微波探测技术大都是通过光电探测器探测金刚石nv色心正向能级间的相互作用所带来的荧光的变化，以实现对微波的探测。

2、然而，上述的微波探测技术仅能实现近场微波测量，在很大程度上限制了金刚石nv色心在空间微弱微波探测上的应用。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种金刚石nv色心微波探测器，以解决现有的微波探测技术在很大程度上限制了金刚石nv色心在空间微弱微波探测上的应用的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种金刚石nv色心微波探测器，包括：

3、金刚石nv色心、磁场发生器、激光器、射频探头和控制装置；

4、所述磁场发生器位于所述金刚石nv色心周围，用于产生第一磁场，所述第一磁场用于使所述金刚石nv色心的微波粒子发生塞曼劈裂；

5、所述激光器用于向所述金刚石nv色心发射激光，以使塞曼劈裂后的微波粒子极化到ms＝|0>能级上；

6、所述激光器保持开启状态，所述磁场发生器还用于先后产生多个不同磁场强度的第二磁场，所述第二磁场用于使极化到ms＝|0>能级上的微波粒子发生塞曼劈裂，所述射频探头用于检测与所述第二磁场的磁场强度对应的受激辐射的微波粒子强度；

7、所述控制装置与所述磁场发生器、所述射频探头连接，用于获取所述第二磁场的磁场强度，以及相对应的受激辐射的微波粒子强度，并将所述微波粒子强度大于零时所述第二磁场的磁场强度对应的塞曼劈裂能级确定为待探测的外界微波的频率。

8、在一种可能的实现方式中，所述控制装置具体用于根据获取得到的所述第二磁场的磁场强度，以及相对应的受激辐射的微波粒子强度绘制坐标图，并将所述微波粒子强度大于零时所述第二磁场的磁场强度对应的塞曼劈裂能级确定为待探测的外界微波的频率。

9、在一种可能的实现方式中，所述磁场发生器产生的所述第二磁场的磁场强度与通入所述磁场发生器的电流成正比。

10、在一种可能的实现方式中，所述磁场发生器产生的所述第二磁场的磁场强度范围为102.5mt至30t。

11、在一种可能的实现方式中，所述第一磁场、第二磁场的磁场方向与所述金刚石nv色心的晶向相同。

12、在一种可能的实现方式中，所述射频探头的带宽频率范围为0hz至1000ghz。

13、在一种可能的实现方式中，所述激光的波长范围为500nm至600nm，所述激光的功率范围为10mw至100w。

14、在一种可能的实现方式中，所述金刚石nv色心的色心浓度范围为0.1ppm至200ppm。

15、在一种可能的实现方式中，所述金刚石nv色心为片状金刚石，所述片状金刚石的长度、宽度、高度的范围均为0.1mm至10mm。

16、在一种可能的实现方式中，所述射频探头和所述金刚石nv色心之间设有遮光片，所述遮光片用于隔离所述激光和所述射频探头，以防止所述激光达到所述射频探头。

17、本发明实施例提供一种金刚石nv色心微波探测器，通过磁场发生器产生使金刚石nv色心的微波粒子发生塞曼劈裂的第一磁场，通过激光器向金刚石nv色心发射激光，以使塞曼劈裂后的微波粒子极化到ms＝|0>能级上；再通过磁场发生器先后产生多个不同磁场强度的第二磁场，使极化到ms＝|0>能级上的微波粒子发生塞曼劈裂，采用射频探头检测与第二磁场的磁场强度对应的受激辐射的微波粒子强度，最后通过控制装置获取第二磁场的磁场强度，以及相对应的受激辐射的微波粒子强度，并根据微波粒子强度的大小和第二磁场的磁场强度确定外界微波的频率。

18、由于第二磁场对应的塞曼劈裂能级正好等于待探测的外界微波频率时，极化到ms＝|0>能级上的微波粒子会发生受激辐射，因此，通过控制装置获取第二磁场的磁场强度，以及与磁场强度对应的微波粒子强度，并查看微波粒子强度大于零时第二磁场的磁场强度，便可根据第二磁场的磁场强度对应的塞曼劈裂能级确定待探测的外界微波的频率。由于塞曼劈裂能级与第二磁场的磁场强度呈线性相关，因此，通过改变第二磁场的磁场强度，直到金刚石nv色心微波粒子受激辐射，即可实现微弱的空间微波信号的探测。

技术特征：

1.一种金刚石nv色心微波探测器，其特征在于，包括：金刚石nv色心、磁场发生器、激光器、射频探头和控制装置；

2.根据权利要求1所述的金刚石nv色心微波探测器，其特征在于，所述控制装置具体用于根据获取得到的所述第二磁场的磁场强度，以及相对应的受激辐射的微波粒子强度绘制坐标图，并将所述微波粒子强度大于零时所述第二磁场的磁场强度对应的塞曼劈裂能级确定为待探测的外界微波的频率。

3.根据权利要求1所述的金刚石nv色心微波探测器，其特征在于，所述磁场发生器产生的所述第二磁场的磁场强度与通入所述磁场发生器的电流成正比。

4.根据权利要求3所述的金刚石nv色心微波探测器，其特征在于，所述磁场发生器产生的所述第二磁场的磁场强度范围为102.5mt至30t。

5.根据权利要求1所述的金刚石nv色心微波探测器，其特征在于，所述第一磁场、第二磁场的磁场方向与所述金刚石nv色心的晶向相同。

6.根据权利要求1所述的金刚石nv色心微波探测器，其特征在于，所述射频探头的带宽频率范围为0hz至1000ghz。

7.根据权利要求1所述的金刚石nv色心微波探测器，其特征在于，所述激光的波长范围为500nm至600nm，所述激光的功率范围为10mw至100w。

8.根据权利要求1所述的金刚石nv色心微波探测器，其特征在于，所述金刚石nv色心的色心浓度范围为0.1ppm至200ppm。

9.根据权利要求1-8任一项所述的金刚石nv色心微波激射器，其特征在于，所述金刚石nv色心为片状金刚石，所述片状金刚石的长度、宽度、高度的范围均为0.1mm至10mm。

10.根据权利要求1-9一项所述的金刚石nv色心微波探测器，其特征在于，所述射频探头和所述金刚石nv色心之间设有遮光片，所述遮光片用于隔离所述激光和所述射频探头，以防止所述激光达到所述射频探头。

技术总结
本发明提供一种金刚石NV色心微波探测器，包括：金刚石NV色心、磁场发生器、激光器、射频探头和控制装置；磁场发生器用于产生第一磁场，第一磁场用于使金刚石NV色心的微波粒子发生塞曼劈裂；激光器用于向金刚石NV色心发射激光，以使塞曼劈裂后的微波粒子极化到Ms＝|0>能级上；磁场发生器还用于先后产生多个不同磁场强度的第二磁场，第二磁场用于使极化到Ms＝|0>能级上的微波粒子发生塞曼劈裂，射频探头用于检测与第二磁场的磁场强度对应的受激辐射的微波粒子强度；控制装置用于将微波粒子强度大于零时第二磁场的磁场强度对应的塞曼劈裂能级确定为待探测的外界微波的频率。本发明能够解决金刚石NV色心在空间微弱微波探测上受限的问题。

技术研发人员：高学栋,冯志红,蔚翠,周幸叶
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十三研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16