基于金刚石NV色心集成振动检测模块的设计

原子对磁场的高敏感特性使得金刚石氮空位(NV)色心在量子传感领域的使用越来越广泛。为研究金刚石在振动测磁方面的优越性,使用集成振动模块把传统的共聚焦系统集成在PCB板上以测试振动结果。以圆柱形永磁体作为振动测磁的质量块,由于外界振动的影响使永磁体与金刚石NV色心的距离产生变化,因此金刚石NV色心上的磁场强度也会产生变化。对振动效应的检测通过金刚石NV色心上光探测磁共振(ODMR)荧光信号的分析来获得。集成振动实验在距离永磁体15 mm范围内对振动效应进行验证,测试得到基于金刚石氮空位色心振动传感的位移噪声灵敏度为11 nm/Hz1/2。

基于金刚石氮空位系综光探测磁共振的振动检测实验

本文提出了一种基于电子自旋共振效应的位移振动检测方法,以金刚石氮空位色心为敏感单元,利用其对磁场强度的高敏感机理来进行。我们设计并搭建了振动发生装置和磁场检测系统。其中,该系统由荧光聚焦系统、载流磁线圈和直尺组成。荧光聚焦系统负责高效地激发和收集荧光,并确定电子自旋效应的分裂程度。载流线圈负责产生一个高线性的梯度磁场,标尺作为振动源,产生振动信号,驱动载流线圈振动。然后,通过严格的静态与动态实验分析,当磁线圈携带0.1 A的电流时,该位移灵敏度为25.11 nm/Hz^(1/2),理论位移灵敏度约为2.106 nm/Hz^(1/2),最小磁灵敏度极限为0.198 nT/Hz^(1/2),振动信号的频率为6.31 Hz,振幅为0.744 mm。该实验验证了检测方法的可行性。这为高精度位移振动检测方法提供了新的途径。