【摘要】：固態(tài)自旋系綜NV色心磁強計是利用金剛石NV色心的自旋共振特性,在外部磁場作用下產生能級分裂,結合量子操控、光-自旋相互作用、微弱信號檢測等技術發(fā)展起來的新型微弱磁場測量技術。由于NV色心的自旋狀態(tài)可以在室溫下通過微波場進行初始化、讀出和控制,NV色心磁強計在常溫下就能實現高靈敏度和高空間分辨率的磁場檢測,在微納米尺度微弱磁場探測領域具有廣闊的應用前景。固態(tài)自旋系綜NV色心磁強計靈敏度影響因素有參與傳感自旋數量、NV色心濃度、熒光收集效率、相干時間、磁場解算方法等等。本文就微波調制型固態(tài)自旋系綜NV色心磁強計中關于系綜NV色心的濃度平面、立體表征,微波調制解調等關鍵技術做了一系列的研究,主要的研究內容如下:第一、從理論上研究了ODMR測量靜磁場、Ramsey時序測量直流磁場和Spin echo測量交變磁場機理,并對這三種方法的磁場測量靈敏度及其影響因素進行了細致的闡述、討論和分析,給出了提高固態(tài)自旋NV色心磁強計靈敏度的幾種方式,為進一步實現高靈敏度系綜NV色心磁強計提供理論上的基礎。第二、研究了系綜NV色心濃度的二維平面表征和三維立體表征的方法和實現及系綜NV色心在制備中的生長規(guī)律,為后續(xù)課題組進行高濃度NV色心可控制備、高靈敏度的系綜NV色心磁強計研究打下基礎。第三,推導和對比了基于正弦波調制和方波調制技術的固態(tài)自旋系綜NV色心磁強計的原理,并給出了估算靈敏度的方法。自主搭建了微波調制型NV色心磁強計原理樣機,并從實驗上確定了調制信號的最優(yōu)參數。在最優(yōu)實驗參數下,重點研究了方波調制和正弦波調制對系綜NV色心磁強計靈敏度、工作帶寬、噪聲譜密度的影響,最后研制的微波調制型系綜NV色心磁強計的測磁靈敏度達到了9.4。
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH878

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本文編號：2725363