CN108459040B - 基于金刚石nv色心的磁悬浮加速度计的差分检测方法 - Google Patents
基于金刚石nv色心的磁悬浮加速度计的差分检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108459040B CN108459040B CN201810227008.XA CN201810227008A CN108459040B CN 108459040 B CN108459040 B CN 108459040B CN 201810227008 A CN201810227008 A CN 201810227008A CN 108459040 B CN108459040 B CN 108459040B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diamond
- magnetic suspension
- magnetic
- laser
- suspension accelerometer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
- G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于金刚石NV色心的磁悬浮加速度计的差分检测方法,利用金刚石NV色心的高感特性,在磁场下,加入连续波和532nm激光,光核磁共振下,金刚石产生荧光,光电探测器下光信号转换电信号,示波器上产生的ODMR谱,永磁铁的运动会使两端的磁场发生变化,金刚石受到的磁场发生变化后,在示波器上产生的峰值会发生漂移,分别计算出两侧距离在静止状态下峰值间距的变化量,通过对变化量进行差分,消除误差,外部磁噪声变化导致的非线性误差,使得加速度更加准确,增加信噪比。
Description
技术领域
本发明属于量子传感技术领域,具体涉及一种基于金刚石氮空位(NV)色心的磁悬浮加速度计的差分检测方法。
背景技术
金刚石氮空位色心具有优异的量子传感特性,自从1997年德国斯图加特的Wrachtrup研究组第一次实现单个NV色心的扫描共聚焦成像与光探测磁共振谱测量,金刚石NV色心的光探测磁共振的测量开启了金刚石在量子技术方面的应用。基于NV色心在外磁场下的塞曼***,在外加磁场下根据NV色心的基态哈密顿量,可以得到在任意磁场下的ODMR峰值的位置,从而推算出外磁场的大小和方向。
在各种实验测量中,实验的器件或者外部的环境都将不可避免的引入噪声,其中有些噪声是可以计算出来的,然而更多的噪声由于目前技术和认识的限制,以及某些噪声的随机性,还不能精确测定噪声的来源及大小。
本发明针对基于金刚石氮空位(NV)色心的磁悬浮加速度计,利用差分的检测方法,可消除部分噪声,提高信噪比。
发明内容
本发明针对金刚石NV色心对外磁场具有高敏高感的特性,提出了一种基于金刚石NV色心磁悬浮加速度计的差分检测方法,用以消除部分噪声,提高信噪比。
本发明是采用如下技术方案实现的:
一种基于金刚石NV色心的磁悬浮加速度计的差分检测方法,包括如下步骤:
(1)、搭建差分检测***,将磁悬浮加速度计位于***中央,永磁铁悬浮于磁悬浮加速度计内,处于静止状态,位于磁悬浮加速度计的两边依次设置金刚石、物镜、二色镜、滤光镜、光电探测器组成的光探测磁共振光路;
(2)、以532nm的激光器为光源,入射到分光镜后把激光分成两束,一束激光入射到位于磁悬浮加速度计左边的二色镜,另一束激光经过反射镜入射到位于磁悬浮加速度计右边的二色镜;
(3)、激光入射到二色镜后,二色镜反射激光后通过物镜聚焦后入射到金刚石上,微波源产生微波后分别通过微波天线辐射到两块金刚石中,金刚石的NV色心通过激光极化,吸收微波能量产生共振后发出荧光,通过物镜收集荧光后经过滤光片,由光电探测器接收;
(4)、在光电探测器接收后,光信号转化为电信号输入到示波器,输出两个ODMR谱,得到静止状态下,两个ODMR谱形中的峰值间距均为L;
(5)、当磁悬浮加速度计敏感外界加速度信号时,会使永磁铁产生位移,此时磁悬浮加速度计周围的磁场会随之产生变化,其两端的金刚石色心敏感外界磁场变化,从而使两个ODMR谱发生漂移,峰值的间距发生变化;
(6)、示波器上显示的ODMR谱中的峰值进行漂移后,其距离发生改变,对ODMR谱进行解算,分别得到变化后两个ODMR谱形中峰值间距L 1和L 2,与静止状态的峰值间距L进行比较得到∆L 1和∆L 2,在没有外界磁场干扰的情况下,∆L 1和∆L 2大小相等、方向相反,∆L 1和∆L 2的差值为零;如果存在外界磁场干扰,则∆L 1和∆L 2的差值就是外界磁场产生的磁噪声,通过改变金刚石的位置,调整∆L 1和∆L 2大小相等,消除磁噪声产生的误差,再求得加速度,提高信噪比。
本发明方法以532nm的激光器为光源,入射激光分成两束,分别入射到磁悬浮加速度计的左右两边的金刚石上,微波源产生微波后通过微波天线辐射到两块金刚石中,金刚石NV色心通过激光极化,吸收微波能量产生共振后发出荧光,由光电探测器接收。在光电探测器接收后,光信号转化为电信号,在示波器上输出ODMR谱。当磁悬浮加速度计敏感外界加速度信号时,会使其内的永磁铁产生位移,此时磁悬浮加速度计周围的磁场会随之产生变化,其两端的金刚石色心敏感外界磁场变化,从而使ODMR谱发生漂移;通过解算哈密顿量的本征方程计算出磁场的大小和方向,示波器上显示信号的振幅、频率,然后数据处理,根据静止状态下的ODMR谱峰值和峰值的间距为基准,在永磁铁的运动下,会使金刚石NV色心受到的磁场发生变化,ODMR谱峰值会发生漂移,间距发生变化,标准情况下(敏感外界加速度信号的情况下)与静止状态下ODMR谱峰值间距的差值是相同的,但会存在外部磁场产生的误差,将相应的差值再进行差分,得出的就是噪声产生的误差,消除误差,可以有效的减小磁场变化不均匀导致的磁噪声,再求得的加速度,提高信噪比。
本发明设计合理,利用金刚石中NV色心具有高敏感特性,在磁悬浮的条件下,对金刚石加入连续波和激光,使金刚石产生的荧光,由光电探测器光信号转化为电信号,示波器接收产生ODMR谱,磁场的改变会使ODMR谱中峰值距离的改变,通过与静止状态下的峰值间距进行比较,再利用差分的检测方法,得到变化量,以消除部分外部磁场产生的噪声,减少误差,提高精度。
附图说明
图1表示磁悬浮条件下差分法检测消除磁噪声的工作示意图。
图2表示差分法检测磁噪声工作流程图。
图中:1-532nm激光器、2-光电探测器、3-物镜、4-微波源、5-示波器、6-具有NV色心的金刚石、7-磁悬浮加速度计、8-分光镜、9-反射镜、10-二色镜、11-滤光镜、12-圆柱体永磁铁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例进行详细说明。
一种基于金刚石NV色心的磁悬浮加速度计的差分检测方法,包括如下步骤:
(1)、搭建差分检测***,如图1所示,将磁悬浮加速度计7位于***中央,圆柱体永磁铁12悬浮于磁悬浮加速度计7内,处于静止状态,位于磁悬浮加速度计7的两边依次设置具有NV色心的金刚石6、物镜3、二色镜10、滤光镜11、光电探测器2组成的光探测磁共振光路;
(2)、以532nm的激光器为光源,入射到分光镜8后把激光分成两束,一束激光入射到位于磁悬浮加速度计左边的二色镜10,另一束激光经过反射镜9入射到位于磁悬浮加速度计右边的二色镜10;
(3)、激光入射到二色镜10后,二色镜10反射激光后通过物镜3聚焦后入射到金刚石6上,微波源4产生微波后分别通过微波天线辐射到两块金刚石6中,金刚石的NV色心通过激光极化,吸收微波能量产生共振后发出荧光,通过物镜收集荧光后经过滤光镜11,由光电探测器2接收;
(4)、在光电探测器2接收后,光信号转化为电信号输入到示波器5,输出两个ODMR谱,得到静止状态下,两个ODMR谱形中的峰值间距均为L;
(5)、当磁悬浮加速度计7敏感外界加速度信号时,会使永磁铁12产生位移,此时磁悬浮加速度计7周围的磁场会随之产生变化,其两端的金刚石色心敏感外界磁场变化,从而使两个ODMR谱发生漂移,峰值的间距发生变化;
(6)、示波器5上显示的ODMR谱中的峰值进行漂移后,其距离发生改变,对ODMR谱进行解算,分别得到变化后两个ODMR谱形中峰值间距L 1和L 2,与静止状态的峰值间距L进行比较得到∆L 1和∆L 2,在没有外界磁场干扰的情况下∆L 1和∆L 2大小相等、方向相反,即∆L 1和∆L 2的差值为零;如果存在外界磁场干扰,则∆L 1和∆L 2的差值就是外界磁场产生的磁噪声,通过改变金刚石的位置,调整∆L 1和∆L 2大小相等(即重新调整至∆L 1和∆L 2的差值为零),消除磁噪声产生的误差,再求得加速度,提高信噪比。
上述基于磁悬浮下检测磁噪声的方法,利用金刚石NV色心的高感特性,在磁场下,加入连续波和532nm激光,光核磁共振下,金刚石产生荧光,光电探测器下光信号转换电信号,示波器上产生的ODMR谱,永磁铁的运动会使两端的磁场发生变化,金刚石受到的磁场发生变化后,在示波器上产生的峰值会发生漂移,分别计算出两侧距离在静止状态下峰值间距的变化量,通过对变化量进行差分,消除误差(外部磁噪声变化不均匀导致的非线性误差),使得加速度测量更加准确,提高测量结果(加速度)的线性度,增加信噪比。
以上仅为本发明的具体实施例,但并不局限于此。任何以本发明为基础解决基本相同的技术问题,或实现基本相同的技术效果,所作出地简单变化、等同替换或者修饰等,均属于本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种基于金刚石NV色心的磁悬浮加速度计的差分检测方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)、搭建差分检测***,将磁悬浮加速度计(7)位于***中央,永磁铁(12)悬浮于磁悬浮加速度计(7)内,处于静止状态,位于磁悬浮加速度计(7)的两边依次设置金刚石(6)、物镜(3)、二色镜(10)、滤光镜(11)、光电探测器(2)组成的光探测磁共振光路;
(2)、以532nm的激光器为光源,入射到分光镜(8)后把激光分成两束,一束激光入射到位于磁悬浮加速度计左边的二色镜,另一束激光经过反射镜(9)入射到位于磁悬浮加速度计右边的二色镜;
(3)、激光入射到二色镜后,二色镜反射激光后通过物镜聚焦后入射到金刚石上,微波源(4)产生微波后分别通过微波天线辐射到两块金刚石(6)中,金刚石的NV色心通过激光极化,吸收微波能量产生共振后发出荧光,通过物镜收集荧光后经过滤光片,由光电探测器(2)接收;
(4)、在光电探测器(2)接收后,光信号转化为电信号输入到示波器(5),输出两个ODMR谱,得到静止状态下,两个ODMR谱形中的峰值间距均为L;
(5)、当磁悬浮加速度计(7)敏感外界加速度信号时,会使永磁铁(12)产生位移,此时磁悬浮加速度计(7)周围的磁场会随之产生变化,其两端的金刚石色心敏感外界磁场变化,从而使两个ODMR谱发生漂移,峰值的间距发生变化;
(6)、示波器(5)上显示的ODMR谱中的峰值进行漂移后,其距离发生改变,对ODMR谱进行解算,分别得到变化后两个ODMR谱形中峰值间距L 1和L 2,与静止状态的峰值间距L进行比较得到∆L 1和∆L 2,在没有外界磁场干扰的情况下,∆L 1和∆L 2大小相等、方向相反,∆L 1和∆L 2的差值为零;如果存在外界磁场干扰,则∆L 1和∆L 2的差值就是外界磁场产生的磁噪声,通过改变金刚石的位置,调整∆L 1和∆L 2大小相等,消除磁噪声产生的误差,再求得加速度,提高信噪比。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810227008.XA CN108459040B (zh) | 2018-03-20 | 2018-03-20 | 基于金刚石nv色心的磁悬浮加速度计的差分检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810227008.XA CN108459040B (zh) | 2018-03-20 | 2018-03-20 | 基于金刚石nv色心的磁悬浮加速度计的差分检测方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108459040A CN108459040A (zh) | 2018-08-28 |
CN108459040B true CN108459040B (zh) | 2020-08-21 |
Family
ID=63237266
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810227008.XA Active CN108459040B (zh) | 2018-03-20 | 2018-03-20 | 基于金刚石nv色心的磁悬浮加速度计的差分检测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108459040B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111679098B (zh) * | 2020-06-01 | 2021-06-01 | 电子科技大学 | 一种基于金刚石nv色心的磁性液体差分加速度计 |
CN113484537A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-10-08 | 东南大学 | 一种基于nv色心固态自旋的差分式加速度敏感装置 |
CN113837032B (zh) * | 2021-09-07 | 2023-04-07 | 电子科技大学 | 一种nv色心光探测磁共振曲线的极度欠采样重构方法 |
CN114441794B (zh) * | 2022-04-08 | 2022-10-04 | 之江实验室 | 基于固态原子自旋几何相的光悬浮角速度测量装置与方法 |
CN115180364B (zh) * | 2022-08-01 | 2024-02-27 | 宁夏广天夏科技股份有限公司 | 基于gmi磁传感器的矿用输送带异物监测装置及方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5560589A (en) * | 1995-07-12 | 1996-10-01 | Northrop Grumman Corporation | Active vibration damping arrangement for transportation vehicles |
CN102141575A (zh) * | 2011-01-04 | 2011-08-03 | 中国地质大学(武汉) | 差分式红外位移传感伺服加速度计 |
CN105352489A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-02-24 | 北京航空航天大学 | 一种基于金刚石nv―色心的加速度传感器 |
CN106940387A (zh) * | 2017-04-10 | 2017-07-11 | 三峡大学 | 一种迈克尔逊干涉式光纤加速度传感器 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9059388B2 (en) * | 2012-03-21 | 2015-06-16 | University Of Maryland College Park | Phoniton systems, devices, and methods |
-
2018
- 2018-03-20 CN CN201810227008.XA patent/CN108459040B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5560589A (en) * | 1995-07-12 | 1996-10-01 | Northrop Grumman Corporation | Active vibration damping arrangement for transportation vehicles |
CN102141575A (zh) * | 2011-01-04 | 2011-08-03 | 中国地质大学(武汉) | 差分式红外位移传感伺服加速度计 |
CN105352489A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-02-24 | 北京航空航天大学 | 一种基于金刚石nv―色心的加速度传感器 |
CN106940387A (zh) * | 2017-04-10 | 2017-07-11 | 三峡大学 | 一种迈克尔逊干涉式光纤加速度传感器 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
基于金刚石色心自旋磁共振效应的微位移测量方法;王磊 等;《物理学报》;20180228;第67卷(第4期);047601 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108459040A (zh) | 2018-08-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108459040B (zh) | 基于金刚石nv色心的磁悬浮加速度计的差分检测方法 | |
CN109738837B (zh) | 一种用于单光束serf原子磁强计的剩余磁场原位补偿方法 | |
CN107219002B (zh) | 一种超高分辨率光谱测量方法及*** | |
CN108051400B (zh) | 一种扫描激光干涉型光纤声波锁相探测***及方法 | |
CN108717168B (zh) | 一种基于光场幅度调制的标量磁场梯度测量装置及方法 | |
CN104655185B (zh) | 一种基于强度调制探测光的相干布里渊光时域分析传感*** | |
CN104698410A (zh) | 用于磁力仪的原子磁传感器及消除磁力仪探测盲区的方法 | |
CN107918237B (zh) | 双飞秒光学频率梳产生装置 | |
CN108489959B (zh) | 一种相干反斯托克斯拉曼光谱扫描装置和方法 | |
CN107941754B (zh) | 一种气体折射率的测量方法 | |
CN108362388B (zh) | 一种双通道差分激光器相位噪声的测量方法 | |
CN110207733B (zh) | 基于扫频激光的光纤干涉仪臂长差测量装置及方法 | |
CN103674287A (zh) | 一种基于标准具的激光波长监测装置 | |
CN111220934A (zh) | 基于脉冲泵浦磁力仪的梯度检测*** | |
CN113281278A (zh) | 一种快速超高分辨瞬态吸收光谱测量装置及测量方法 | |
CN102707311B (zh) | 相移光栅地震检波器和检波器光路 | |
CN116295778A (zh) | 分布式声波传感***及其解调方法 | |
CN115561504A (zh) | 反射式全光纤电流传感器最优调制深度的调制信号确定方法 | |
CN114993281A (zh) | 基于低相干光的全数字化闭环角速度检测***及方法 | |
CN104914050B (zh) | 一种提高光声光谱检测灵敏度的装置及方法 | |
CN108344515B (zh) | 一种双通道激光器相位噪声的测量装置 | |
CN107907067B (zh) | 一种基于周期调制的光纤光栅布拉格谐振波长确定方法 | |
CN106936498B (zh) | 一种基于超宽带相位噪声测试***的信号分析方法 | |
CN105353210A (zh) | 一种高灵敏大带宽光子微波频率测量装置及方法 | |
CN214893682U (zh) | 一种快速超高分辨瞬态吸收光谱测量装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |