[发明专利]一种微波场场强测量系统及测量方法

说明书

本发明适用于微波场场强测量技术领域，提供了一种微波场场强测量系统及测量方法，其中该微波场场强测量方法包括：将待测芯片放在物镜上；利用定性的方法测得σ^‑及σ⁺圆极化微波场的分布或者利用定量的方法测得每一像素点的σ^‑圆极化微波场的强度B_‑及每一像素点的σ⁺圆极化微波场的强度B₊。本发明中，采用宽场显微成像技术，能够进行快速的微波场测量及表征。利用本发明中的定性测量微波场场强可以达到dB量级、定量测量微波场场强可以达到nT量级，精度高。

技术领域

本发明属于微波场场强测量技术领域，尤其涉及一种微波场场强测量系统及测量方法。

背景技术

精密的微波场测量技术对于微波技术的发展有着重大意义。传统天线技术中，微波场场强测量技术主要有量热法、峰值调制技术以及共面波导探测技术，天线偏振特性轴比的测量则是通过辅助的线极化天线测量。当代的通信技术、快电子学以及磁共振技术的发展，催生着对于纳米级、高灵敏矢量微波场强与极化特性表征技术的高需求。虽然有一些高空间分辨率的微波场表征技术如SQUID、冷原子、自旋霍尔效应薄膜等出现，但是或者需要苛刻的温度条件或者无法探测矢量场这些特点限制了它们的应用范围。

量热法只能测量微波功率，易受测量环境的温度变化干扰；峰值调制技术测量范围有限；共面波导技术需要进行矫正。上述三种微波场场强测量技术均难以进行高分辨率测量。为实现高分辨率测量，本领域的技术人员利用金刚石中NV色心的电子自旋实现高分辨率、高灵敏度、矢量、偏振微波场的测量。NV色心是指金刚石晶体中一个替位N原子和一个C原子空位配对并捕获一个电子可以形成一个电子自旋S＝1的缺陷体系。由于金刚石中的NV色心是原子级尺寸，在室温下具有很好的稳定性，可以自旋光极化和读取，并且具有较长的自旋相干时间，基于光与原子相互作用，可以利用NV色心进行高灵敏度、高分辨率的微波场传感。但是现有的基于金刚石中NV色心进行微波场传感的技术多是基于共聚焦扫描技术，对特定点进行磁场传感，要进行2D或者3D的微波场表征需要长时间的扫描测量，耗时长。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种微波场场强测量系统及测量方法，以解决现有技术中微波场测量及表征耗时长的技术问题。

本发明提供了一种微波场场强测量系统，包括：宽场显微装置、具有NV色心系综的金刚石芯片、偏置磁铁、微波源及CCD相机；所述宽场显微装置中的物镜下方依次设置具有NV色心系综的金刚石芯片及偏置磁铁，所述具有NV色心系综的金刚石芯片的NV色心位于物镜焦平面位置，所述宽场显微装置的输出端与所述CCD相机的输入端连接，所述微波源的信号传输线位于具有NV色心系综的金刚石芯片上。

进一步地，所述宽场显微装置包括激光器，沿所述激光器的激光出射路径依次设置的第一透镜、声光调制器、第二透镜、反射镜、第三透镜、双色片及物镜；沿所述双色片的反射路径依次设置的第四透镜及滤光镜，所述滤光镜的出射光线进入所述CCD相机。

进一步地，所述偏置磁铁为永磁铁或电磁铁或超导磁铁。

本发明还提供了一种基于上述微波场测量系统的测量方法，包括：

将待测芯片放在物镜上；

利用定性的方法测得σ^-及σ⁺圆极化微波场的分布或者利用定量的方法测得每一像素点的σ^-圆极化微波场的强度B_-及每一像素点的σ⁺圆极化微波场的强度B₊。

进一步地，利用定量方法测得每一像素点σ^-圆极化微波场的强度B_-及每一像素点σ⁺圆极化微波场的强度B₊后，还包括：

计算每个像素点的轴比值AR：