基于金刚石氮空位色心的矢量磁强计

金刚石氮空位(NV)色心作为高灵敏度的磁强计被广泛应用于各种领域。针对矢量磁场探测问题,在理论上建立了NV色心矢量磁场探测的物理模型,并通过仿真得到了磁场与NV色心晶向的定量关系;实验中,自主搭建了共聚焦光路测量系统,通过测量光探测磁共振(ODMR)及Rabi振荡光谱信号,得到了不同磁场角度下的信号,实验结果与理论仿真相符。磁场可检测带宽为0~10 kHz,更高的带宽可通过脉冲调控实现。磁场的角度分辨率为5°,当角度偏转5°,荧光光谱电子自旋共振(ESR)信号以及Rabi振荡信号发生明显变化,且通过噪声谱得到三轴磁场的最小可检测灵敏度为4.3nT√Hz。通过理论和实验验证了不同的矢量磁场会对NV色心产生不同的变化,表明其矢量磁强计的可行性。研究结果为以后NV色心磁强计的发展提供了技术支持。