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原文传递一种金刚石NV轴方向标定装置及方法

专利名称：	一种金刚石NV轴方向标定装置及方法
摘要：	本发明公开一种金刚石NV轴方向标定装置，包括控制装置、信号发生装置、信号分析装置、激光光源、微波调制装置、共聚焦光路和静磁场发生装置，控制装置对信号发生装置、微波调制装置、可调电流源和信号分析装置的工作进行控制；共聚焦光路连接锥形光纤，锥形光纤上设置金刚石颗粒，金刚石颗粒处于电磁场与静磁场发生环境中。本发明还公开一种金刚石NV轴方向标定方法，基于NV色心金刚石每个NV轴向所对应的两条ODMR谱峰的频率差值随静磁场在该NV轴向上的投影强度进行线性变化的特性，通过建立静磁场在NV坐标系下的投影与空间直角坐标下的投影之间的转换关系得到金刚石中NV轴的方向，解决了微米或纳米级金刚石颗粒的NV轴在空间中指向无法确定的问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京邮电大学
发明人：	杜关祥;陈国彬;董明明;何文豪;刘颖;杨博
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-23T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201910063622.1
公开号：	CN109709128A
代理机构：	南京纵横知识产权代理有限公司
代理人：	董建林
分类号：	G01N24/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N24
申请人地址：	210003 江苏省南京市鼓楼区新模范马路66号
主权项：	1.一种金刚石NV轴方向标定装置，包括控制装置、信号发生装置和信号分析装置，其特征在于，还包括激光光源、微波调制装置、共聚焦光路和静磁场发生装置，所述静磁场发生装置包括静磁场发生线圈和永磁体；所述控制装置对信号发生装置、微波调制装置、可调电流源和信号分析装置的工作进行控制；所述共聚焦光路连接锥形光纤，所述锥形光纤上设置有金刚石颗粒，所述金刚石颗粒处于电磁场与静磁场发生环境中。 2.根据权利要求1所述的一种金刚石NV轴方向标定装置，其特征在于，所述微波调制装置包括：带调制功能的微波源、微波开关、声光调制器、声光调制器驱动器、共振微带天线；所述的信号分析装置与共聚焦光路之间还连接有雪崩光电二极管。 3.根据权利要求2所述的一种金刚石NV轴方向标定装置，其特征在于，所述静磁场发生线圈的平面与共振微带天线表面重合，所述静磁场发生线圈的中点位于共振微带天线的辐射最强点处。 4.根据权利要求1所述的一种金刚石NV轴方向标定装置，其特征在于，所述永磁体的安装位置需满足：在所述静磁场发生线圈未施加电流时，对金刚石颗粒测得的ODMR数据具有明显分离的八个峰。 5.根据权利要求1所述的一种金刚石NV轴方向标定装置，其特征在于，所述金刚石颗粒为具有NV色心的纳米级或微米级金刚石颗粒，所述金刚石颗粒放置于共振微带天线的微波辐射最强点处。 6.一种金刚石NV轴方向标定方法，所述方法采用如权利要求1至5中任一项所述的装置实现，其特征在于，所述方法包括： S1，当静磁场发生线圈未被施加电流时，通过调整永磁体与金刚石颗粒之间的相对位置得到金刚石颗粒的具有八个分离谱峰的ODMR谱，对所述的具有八个分离谱峰的ODMR谱信号进行洛伦兹拟合，得到每对NV轴所对应的谱峰之间的频率差值，并根据所述频率差值得到静磁场在每条NV轴向的投影强度； S2，当静磁场发生线圈被施加不同电流时，静磁场发生线圈对金刚石颗粒施加静磁场，得到静磁场环境下金刚石颗粒的ODMR信号，对测得的每一组ODMR信号进行洛伦兹拟合，得到每对NV轴所对应的谱峰之间的频率差值，并根据所述频率差值得到静磁场发生线圈与永磁体共同产生的叠加磁场在每条NV轴向的投影强度； S3，将S2中得到的磁场投影强度减去永磁体所产生的磁场在NV坐标系中的投影强度，即得到静磁场发生线圈产生的静磁场在每条NV轴向的投影强度； S4，当共振微带天线法向分别指向空间直角坐标系x轴、y轴、z轴时，依次重复进行S1至S3，即得到一组3×N的矩阵Mαβγ，利用施加不同线圈磁场时空间直角坐标系中线圈磁场矢量投影得到另一组3×N的矩阵Me； S5，将S4中的矩阵Mαβγ与矩阵Me代入公式中，即得到利用三条NV轴所组成的NV坐标系与空间直角坐标系的转换矩阵。 7.根据权利要求6所述的一种金刚石NV轴方向标定方法，其特征在于，在NV轴方向标定过程中，选用其他NV轴组合来建立空间磁场矢量进行标定运算，所述的其他NV轴组合包括：αβδ轴、βγδ轴、αβγ轴。 8.根据权利要求6所述的一种金刚石NV轴方向标定方法，其特征在于，在NV轴方向标定过程中，选用能够发射固定方向微波场矢量的天线，通过改变不同的微波功率来改变微波场强度，利用微波场矢量在每个NV轴方向上的投影强度与微波场矢量在空间直角坐标系中的投影强度之间的对应关系，得到金刚石颗粒在NV轴的方向。
所属类别：	发明专利