[发明专利]金刚石NV色心磁力探测模块及磁力探测系统

说明书

本发明提供一种金刚石NV色心磁力探测模块及磁力探测系统。该金刚石NV色心磁力探测模块包括：连接有光纤的金刚石NV色心系综薄片、分别设置在金刚石NV色心系综薄片上下表面的磁通量聚集模块以及微波天线模块；金刚石NV色心系综薄片的侧面设有凹槽，光纤设于凹槽内；在金刚石NV色心系综薄片的表面溅射有镜面全反射镀层、且镜面全反射镀层避开凹槽；微波天线模块至少设置两个，分别设于金刚石NV色心系综薄片与磁通量聚集模块之间，微波天线模块用于与微波源连接；其中，金刚石NV色心系综薄片在激光和微波源的激发下产生的荧光，经过镜面全反射镀层从光纤中射出。本发明提供的磁力探测系统体积较小，方便携带，且探测灵敏度高。

技术领域

本发明涉及磁力计技术领域，尤其涉及一种金刚石NV色心磁力探测模块及磁力探测系统。

背景技术

高灵敏度的磁力探测系统已经被广泛应用于众多科研领域，从生物医药到地球物理，都离不开磁力探测系统。

目前常用的磁力探测系统主要有超导量子干涉仪磁力系统、光泵原子气室磁力系统等。光泵原子气室磁力系统虽然灵敏度较高，但是空间分辨率非常低，且其探头很难集成。超导量子干涉仪磁力系统的工作环境苛刻，需要一整套庞大的低温制冷装置才能工作，维护成本较高。

金刚石NV色心具有可以在室温工作、且耐高温、耐腐蚀及耐辐照等特性已引起了科研人员的关注。但是现有的基于金刚石NV色心的磁力探测系统的体积较大携带不方便，无法满足当前测试的需求。因此，亟需一种便于携带体积较小的金刚石NV色心磁力探测系统。

发明内容

本发明实施例提供了一种金刚石NV色心磁力探测模块及磁力探测系统，以解决目前金刚石NV色心磁力探测系统体积较大携带不方便的问题。

第一方面，本发明实施例提供了金刚石NV色心磁力探测模块，包括：连接有光纤的金刚石NV色心系综薄片、分别设置在金刚石NV色心系综薄片上下表面的磁通量聚集模块以及微波天线模块；

金刚石NV色心系综薄片的侧面设有凹槽，光纤设于凹槽内；在金刚石NV色心系综薄片的表面溅射有镜面全反射镀层、且镜面全反射镀层避开凹槽；

微波天线模块至少设置两个，分别设于金刚石NV色心系综薄片与磁通量聚集模块之间，微波天线模块用于与微波源连接；

其中，金刚石NV色心系综薄片在激光和微波源的激发下产生的荧光，经过镜面全反射镀层从光纤中射出。

本发明实施例提供的金刚石NV色心磁力探测模块，通过在金刚石NV色心系综薄片上集成光纤，激发的荧光可导入到光纤中，可以提高荧光的收集效率。通过在金刚石NV色心系综薄片的表面溅射镜面全反射镀层，可使其余方向散射的荧光全部进入到光纤中。由于磁通量聚集模块具有放大的作用，因此在金刚石NV色心系综薄片的上下表面设置磁通量聚集模块，可提高磁力探测模块的探测灵敏度。

在一种可能的实现方式中，NV色心系综薄片为片状金刚石，厚度为20μm～200μm，薄片表面尺寸为毫米级，每个面的表面粗糙度为0.1nm-10nm、色心浓度为0.001ppm-200ppm。

可选的，金刚石NV色心系综薄片为圆形的片状金刚石，直径为0.5mm-5mm。

在一种可能的实现方式中，磁通量聚集模块为圆台型，且底圆直径为1-3cm，顶圆的直径为0.5mm-5mm，磁通量聚集模块的截面由金刚石NV色心系综薄片向外逐渐增大。

在一种可能的实现方式中，光纤的尺寸小于或者等于金刚石NV色心系综薄片的厚度。

可选的，凹槽的尺寸与光纤的内径相匹配。

可选的，光纤的内径为20μm～200μm。

在一种可能的实现方式中，镜面全反射镀层的厚度为50nm～2000nm。