[发明专利]一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线

说明书

本申请提供一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线，使得微波通过微波天线发射后进入荧光收集装置的金刚石内，金刚石表面设为激光入射区及激光非入射区，微波天线设置微波入射区及微波非入射区，微波入射区对应激光入射区设置，微波入射区内设有微纳结构，微纳结构包括若干条平行设置的微纳线。本申请的有益效果是：解决由于金刚石表面安装探测器元件而无法直接使得微波天线贴合金刚石表面安装的问题，使得微波产生器经放大器后经过微纳结构后向金刚石内耦合微波的问题，实现NV色心系综磁强计高灵敏度测磁。

技术领域

本公开涉及航天器磁环境测量研究领域，具体涉及一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线。

背景技术

目前，磁场测量设备主要由磁通门磁强计、光泵磁强计、SQUID等，由于这些设备分别存在灵敏度低、带宽小、重量大、不能矢量测量等问题，使之不能满足空间磁场、地球磁场研究的需求。近年来，国际上正在关注基于金刚石NV色心的磁强计。金刚石NV色心是指一个N原子替换掉一个C原子，随后俘获一个空穴后形成可以发出637nm荧光的NV色心。NV色心能级基态为自旋三重态，且没有荧光闪烁和荧光漂白效应，可以利用塞曼效应进行磁场测量。通过ODMR方法进行荧光信号强度的测量，利用荧光信号变化和微波频率得知塞曼效应导致的能级劈裂，进而得到外磁场大小。

对于金刚石NV色心系综磁强计系综，提高探测信号的对比度F将有效提高系统灵敏度。读出对比度和每次测量每个NV色心读出的光子数的关系是在这种情况下，可以通过提高几何收集效率η_geo提高灵敏度，其中η_geo＝N/N_max，N是每次测量收集到的光子数、N_max是NV色心发射的光子总数。

由于金刚石的高折射率，金刚石和空气界面的全反射角仅为28°，荧光光子难以从金刚石出射到达探测器。采用数值孔径分别为0.95、1.49的油浸润式物镜时，仅仅能收集3.7％和10.4％的光子。

金刚石内部杂质和晶格对与637nm荧光的吸收效率非常低，荧光的损耗主要由于多次反射后在金刚石表面出射。当NV色心系综磁强计荧光收集装置采用在金刚石各个荧光光子出射的表面设置探测器元件的技术方案时，可提高NV色心系综磁强计灵敏度，但是该荧光收集装置的技术方案会存在现有技术中板状的内部设有铜板的微波天线无法在金刚石表面安装，从而使得微波无法射入金刚石内耦合NV色心。

发明内容

本申请的目的是针对以上问题，提供一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线。

第一方面，本申请提供一种应用于NV色心系综磁强计荧光收集装置的微波天线，使得微波通过所述微波天线发射后进入所述荧光收集装置的金刚石内，所述金刚石表面设为激光入射区及激光非入射区，所述微波天线设置微波入射区及微波非入射区，所述微波入射区对应激光入射区设置，所述微波入射区内设有微纳结构，所述微纳结构包括若干条平行设置的微纳线，所述微波经过微纳结构后射入金刚石的激光入射区内。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述微波天线设置为铜板体结构，所述铜板体结构设为所述微波入射区及微波非入射区，微波入射区的面积大于激光入射区的面积，在铜板体结构上对应微波入射区烧蚀若干条平行的所述微纳线。

根据本申请实施例提供的技术方案，在所述金刚石对应激光入射区的表面镀制若干条平行的微纳线，形成所述微纳结构。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述微波天线设置为玻璃板，所述玻璃板表面设为所述微波入射区及微波非入射区，所述微波入射区的轮廓形状与激光入射区的轮廓形状一致，微波入射区的面积大于等于激光入射区的面积，在玻璃板上对应微波入射区镀制若干条平行的微纳线。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述铜板体结构对应微波非入射区的各个表面设置绝缘层。