一種色心金剛石陀螺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種色心金剛石陀螺，其采用內(nèi)含高濃度氮原子-空位(NV-)色心的金剛石材料作為敏感元件，利用光學(xué)及微波手段實(shí)現(xiàn)電子能級(jí)的操控與檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)載體角速度的測(cè)量。本發(fā)明具有室溫操作，體積小，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，相比于現(xiàn)有的MEMS等具有同樣定位的陀螺儀來(lái)說(shuō)，它理論靈敏度可更高，同時(shí)具有更好的穩(wěn)定性，對(duì)研制新一代基于原子自旋效應(yīng)的高穩(wěn)定、小體積的固態(tài)原子陀螺儀有著重要的價(jià)值，將服務(wù)于未來(lái)各領(lǐng)域特別是民用低精度領(lǐng)域的慣性導(dǎo)航和測(cè)姿系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】—種色心金剛石陀螺【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陀螺的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種色心金剛石陀螺，對(duì)研制新一代基于原子自旋效應(yīng)的高精度、高穩(wěn)定、小體積的固態(tài)原子陀螺儀有著重要的價(jià)值，將服務(wù)于未來(lái)民用及軍用各領(lǐng)域的小型低成本慣性導(dǎo)航和姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子機(jī)械加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，以MEMS陀螺為代表的一類(lèi)低成本陀螺儀開(kāi)始進(jìn)入人們生活的每個(gè)角落，從手機(jī)、平板電腦到汽車(chē)等人們的日常生活用品中開(kāi)始越來(lái)越多的用到了利用陀螺儀的姿態(tài)測(cè)量及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。另外，在國(guó)防技術(shù)方面，需要更多的低成本但仍保持一定精度的陀螺儀應(yīng)用于各類(lèi)戰(zhàn)術(shù)武器平臺(tái)和彈藥中，采用體積更小、成本更低的陀螺儀代替目前價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)仍然較貴的光學(xué)陀螺儀。
[0003]目前慣性導(dǎo)航系統(tǒng)使用的各類(lèi)陀螺儀中，激光陀螺和光纖陀螺漂移可達(dá)0.001° /h，但單個(gè)陀螺儀成本在數(shù)十萬(wàn)；MEMS陀螺儀成本僅幾百元，靈敏度可做到
0.05° /h1/2，但是漂移通常為幾度甚至十幾度每小時(shí)，幾分鐘之內(nèi)就不能繼續(xù)用于慣性導(dǎo)航。因此目前急需探索具有MEMS陀螺儀的成本和光學(xué)陀螺儀精度的新型陀螺儀。隨著原子光子領(lǐng)域的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)突破，目前國(guó)內(nèi)外都在探索基于量子力學(xué)的原子陀螺儀，主要包括核磁共振陀螺儀、無(wú)自旋交換弛豫(SERF)原子自旋陀螺儀、冷原子干涉陀螺儀，以期在使現(xiàn)有陀螺儀各方面性能有重大提升。
[0004]目前研究中的原子陀螺儀多基于氣體原子，由氣體原子間相互碰撞以及氣體原子與原子氣室壁相互碰撞而引發(fā)的弛豫難以克服，而采用光學(xué)方法測(cè)量使得原子氣室的制作工藝成為限制此類(lèi)陀螺儀理論精度提高的關(guān)鍵因素。采用固體材料利用其中的原子自旋進(jìn)行慣性測(cè)量則可以避免因碰撞而產(chǎn)生的弛豫，另外固體材料可以提升材料中原子自旋密度，從而提高信噪比。`
[0005]近年來(lái)，內(nèi)含NV_色心的金剛石材料在量子計(jì)算、量子測(cè)量等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷引起研究人員的關(guān)注。采用NV_色心中的電子自旋與核自旋可以實(shí)現(xiàn)空間旋轉(zhuǎn)的測(cè)量。通過(guò)離子輻照后的金剛石材料中的NV—色心可達(dá)IO18CnT3的密度，通過(guò)微波和射頻場(chǎng)實(shí)現(xiàn)核自旋的極化，利用核自旋旋磁比小的特點(diǎn)，可以有效的降低磁場(chǎng)、溫度波動(dòng)、材料表面張力等引入的誤差，大大提高陀螺的穩(wěn)定性指標(biāo)。利用核自旋和電子自旋之間的耦合作用，可將核自旋布居數(shù)寫(xiě)入電子自旋布居數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高效讀出。利用NV—色心氮原子核自旋進(jìn)行慣性測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)隨機(jī)游走優(yōu)于0.05° /h1/2mm3的高穩(wěn)定性固體原子陀螺儀，同時(shí)具有小體積、低成本的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提出一種基于金剛石內(nèi)NV_色心氮原子核自旋的色心金剛石陀螺，具有可比擬于MEMS陀螺的成本，同時(shí)具有接近光學(xué)陀螺儀的精度。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為:一種色心金剛石陀螺，其特征在于:分為樣品腔、激光腔和探測(cè)腔三個(gè)部分；其中:
[0008]所述的樣品腔中包括高濃度氮原子-空位(NV_)色心金剛石材料作為核心敏感元件，材料中NV_色心濃度達(dá)IO1Vcm3以上，厚度大于150 μ m,尺寸大于I X 1mm2，粘接于玻璃基底上，其位置位于第一 RF線圈和微波天線的中心處，RF線圈是由第一 RF線圈和微波天線兩個(gè)線圈組成的赫姆赫茲線圈，玻璃基底粘接于鏡面上，后者鍍多層介質(zhì)膜用以反射637nm波長(zhǎng)的熒光，包括4塊高靈敏面陣CCD用于檢測(cè)637nm熒光，每一塊面陣CCD前均粘接一塊濾波片，該濾波片可透過(guò)637nm突光,截止波長(zhǎng)大于532nm,第一 RF線圈粘接與鏡面的內(nèi)表面，而第二 RF線圈粘接于一塊平凸透鏡的表面，該透鏡的焦點(diǎn)聚焦于色心金剛石材料放置位置中心略靠后的位置，使532nm激光會(huì)聚照射在色心金剛石材料中心處1_直徑的圓上，色心金剛石材料的周?chē)鸀橛芍睆?0 μ m銅線組成的微波天線，微波天線加工于玻璃基底上，其底部為正方形，在色心金剛石材料中間區(qū)域處產(chǎn)生均勻的微波場(chǎng)；
[0009]所述的激光腔包括一個(gè)垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器(VCSEL激光器)，發(fā)出的532nm激光通過(guò)底面的偏振窗口入射至腔內(nèi)的二向色鏡上，偏振窗口內(nèi)嵌一個(gè)偏振鏡；二向色鏡呈45度放置粘接于激光腔內(nèi)，532nm激光入射后反射至樣品腔中，從樣品腔中發(fā)出的熒光入射到二向色鏡后投射進(jìn)入探測(cè)腔中；
[0010]所述的探測(cè)腔包括濾波片，會(huì)聚透鏡和第五高靈敏面陣(XD，濾波片截止波長(zhǎng)大于532nm可阻斷532nm光同時(shí)透過(guò)637nm光；會(huì)聚透鏡將637nm突光會(huì)聚于焦面，即第五高靈敏面陣CCD所在位置處，第五高靈敏面陣CCD在637nm附近具有響應(yīng)峰值。
[0011]其中，利用VCSEL激光器的偏振特性實(shí)現(xiàn)激光的快速開(kāi)關(guān)，根據(jù)激光時(shí)序調(diào)整輸入VCSEL激光器的輸入電流,使其輸出激光的偏振方向發(fā)生變化，從而使得通過(guò)偏振窗口的激光強(qiáng)度發(fā)生變化,實(shí)現(xiàn)激光脈沖時(shí)序的產(chǎn)生。
[0012]其中，使用時(shí)按照以下時(shí)序完成一次角速度的測(cè)量:
[0013](I)、初始化階段:啟動(dòng)電源，輸出一個(gè)激光脈沖初始化NV_色心電子自旋；通過(guò)微波天線輸入一個(gè)微波脈沖初始化NV—色心氮原子核自旋，微波頻率約等于2.87GHz，脈沖時(shí)間tpaL=l.5 μ s ;再次輸入一個(gè)激光脈沖重新初始化NV_色心電子自旋；
[0014](2)、測(cè)量階段:輸入射頻磁場(chǎng)脈沖，脈沖頻率4.95MHz，脈沖時(shí)長(zhǎng)為半個(gè)核自旋的拉比振蕩周期即η脈沖；讓體系自由演化乜時(shí)間，tm小于NV_色心氮原子核自旋的橫向弛豫時(shí)間T2 ;再輸入一個(gè)時(shí)長(zhǎng)為π射頻磁場(chǎng)脈沖；
[0015](3)、讀出階段:輸入微波脈沖，脈沖時(shí)長(zhǎng)為半個(gè)NV_色心電子自旋的拉比振蕩周期即η脈沖；第一個(gè)脈沖后間隔時(shí)間\=1/2八再輸入一個(gè)π脈沖，A為電子自旋與核自旋的耦合系數(shù)，為2.2MHz ;輸入微波脈沖后輸入一個(gè)激光脈沖進(jìn)行電子自旋的檢測(cè)，讀出信號(hào)。
[0016]本發(fā)明的原理:本發(fā)明通過(guò)對(duì)金剛石內(nèi)NV_色心自旋在空間旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的幾何相進(jìn)行檢測(cè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的測(cè)量。其基本原理為:利用532nm激光將NV—色心電子自旋極化，使電子自旋初始化至自旋S=O的態(tài)。通過(guò)施加頻率約為2.88GHz的微波，利用雙光子躍遷，實(shí)現(xiàn)自旋態(tài)從電子自旋到核自旋的傳遞。當(dāng)金剛石樣品在空間中發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，被極化的核自旋在Ramsey序列下將發(fā)生幾何相的積累。通過(guò)一組微波序列作用可以實(shí)現(xiàn)核自旋能量和電子自旋能量的交換，從而將核自旋布居轉(zhuǎn)移為電子自旋的布居。利用532nm激光照射可將電子自旋從基態(tài)激發(fā)，此時(shí)自旋S=O態(tài)的電子從激發(fā)態(tài)落回基態(tài)時(shí)發(fā)出的熒光多于自旋S=I態(tài)的電子發(fā)出的熒光，利用該效應(yīng)即可實(shí)現(xiàn)電子自旋布居數(shù)的檢測(cè)，從而可得到核自旋布居及幾何相位的大小，進(jìn)而可獲得色心NV軸繞旋轉(zhuǎn)軸的角速度。
[0017]關(guān)于利用幾何相測(cè)量NV軸繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角速度的基本原理為:考慮一個(gè)量子體系，其哈密頓量依賴于磁場(chǎng)，依周期演化，體系的量子態(tài)隨時(shí)間的演化遵守含時(shí)薛定諤方程，在滿足絕熱定理的條件下，相位按時(shí)間演化的結(jié)果中存在一個(gè)絕熱相，該絕熱相不依賴于以磁場(chǎng)為參量的路徑如何行走，稱為Berry幾何相。利用斯托克斯定理化為路徑積分為參數(shù)空間中的面積分，形式上，可獲得與磁矢勢(shì)有關(guān)的表達(dá)式，則絕熱相的內(nèi)涵即為以磁場(chǎng)矢量端點(diǎn)劃出的路徑為邊界的曲面的磁通量，對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)的立體角的大小?；贐erry幾何相的色心金剛石陀螺即檢測(cè)此立體角大小獲得載體旋轉(zhuǎn)引起的陀螺慣性信號(hào)。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0019](I)、本發(fā)明相比于以氣態(tài)原子為敏感元的原子自旋陀螺，基于色心金剛石內(nèi)NV—色心核自旋的色心金剛石陀螺，采用固體材料中的原子自旋作為敏感元，可以使單位體積內(nèi)敏感原子數(shù)目提高了 4至5個(gè)數(shù)量級(jí)，可有效提高檢測(cè)信噪比，同時(shí)縮小元件體積；
[0020](2)、本發(fā)明利用旋磁比小的氮原子核自旋進(jìn)行敏感，能有效抑制磁場(chǎng)噪聲，相比于利用電子自旋的慣性測(cè)量裝置，提高了信噪比；
[0021](3)、本發(fā)明對(duì)操作溫度沒(méi)有要求，所有測(cè)量可以在室溫下進(jìn)行。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖正視圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖俯視圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的微波天線結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖4為本發(fā)明的操作時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0027]如圖1和圖2所示的一種色心金剛石陀螺，分為樣品腔17、激光腔18和探測(cè)腔19三個(gè)部分。
[0028]樣品腔17中包括高濃度氮原子-空位(NV_)色心金剛石材料I作為核心敏感元件，材料中NV_色心濃度達(dá)IO1Vcm3以上，厚度大于150 μ m,尺寸大于I X 1mm2，粘接于玻璃基底2上，其位置位于RF線圈3和微波天線9的中心處，RF線圈是由RF線圈3和微波天線9兩個(gè)線圈組成的赫姆赫茲線圈。玻璃基底2粘接于鏡面4上，后者鍍多層介質(zhì)膜用以反射637nm波長(zhǎng)的熒光。包括4塊高靈敏面陣(XD5、6、7、8用于檢測(cè)637nm熒光，每一塊面陣CXD前均粘接一塊濾波片，該濾波片可透過(guò)637nm熒光，截止波長(zhǎng)大于532nm。RF線圈3粘接與鏡面4的內(nèi)表面，而RF線圈10粘接于一塊平凸透鏡11的表面，該透鏡的焦點(diǎn)聚焦于色心金剛石材料I放置位置中心略靠后的位置，使532nm激光會(huì)聚照射在色心金剛石材料I中心處Imm直徑的圓上。色心金剛石材料I的周?chē)鸀橛芍睆?0 μ m銅線組成的微波天線9，微波天線9加工于玻璃基底2上，其底部為正方形，在色心金剛石材料I中間區(qū)域處產(chǎn)生均勻的微波場(chǎng)，如圖3所示。
[0029]激光腔18包括一個(gè)垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器(VCSEL激光器)13，發(fā)出的532nm激光通過(guò)底面的偏振窗口 20入射至腔內(nèi)的二向色鏡12上,偏振窗口 20內(nèi)嵌一個(gè)偏振鏡；二向色鏡12呈45度放置粘接于激光腔18內(nèi)，532nm激光入射后反射至樣品腔17中，從樣品腔17中發(fā)出的熒光入射到二向色鏡12后投射進(jìn)入探測(cè)腔19中。利用VCSEL激光器13的偏振特性實(shí)現(xiàn)激光的快速開(kāi)關(guān)。根據(jù)激光時(shí)序調(diào)整輸入VCSEL激光器13的輸入電流，使其輸出激光的偏振方向發(fā)生變化，從而使得通過(guò)偏振窗口 20的激光強(qiáng)度發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)激光脈沖時(shí)序的產(chǎn)生。
[0030]探測(cè)腔19包括濾波片14，會(huì)聚透鏡15和高靈敏面陣(XD16。濾波片截止波長(zhǎng)大于532nm可阻斷532nm光同時(shí)透過(guò)637nm光；會(huì)聚透鏡15將637nm突光會(huì)聚于焦面，即高靈敏面陣(XD16所在位置處。高靈敏面陣(XD16在637nm附近具有響應(yīng)峰值。
[0031]具體實(shí)施例:
[0032]一種色心金剛石陀螺的【具體實(shí)施方式】為:激光腔18包括一個(gè)VECSEL激光器13，發(fā)出的532nm激光通過(guò)底面的偏振窗口 20入射至腔內(nèi)的二向色鏡12上，偏振窗口 20內(nèi)嵌一個(gè)偏振鏡；通過(guò)調(diào)整激光器的輸入電流控制VECSEL激光器輸出激光的偏振方向，通過(guò)偏振方向的旋轉(zhuǎn)控制激光通過(guò)偏振鏡后的通斷；通過(guò)偏振鏡的激光入射到呈45度放置粘接于激光腔18內(nèi)的二向色鏡12上，532nm激光將反射后通過(guò)平凸透鏡11入射至樣品腔17中；平凸透鏡11將激光聚焦于色心金剛石材料I上，對(duì)金剛石中的NAT色心進(jìn)行激發(fā)，進(jìn)行色心自旋的初始化以及自旋布居數(shù)的熒光檢測(cè)；NV_色心自旋被激發(fā)后將產(chǎn)生波長(zhǎng)637nm的熒光向四周發(fā)射，其中射向底面的熒光被鏡面4反射，由高靈敏面陣CCD5、6、7、8接受檢測(cè)，或通過(guò)平凸透鏡11后再透過(guò)二向色鏡12射向探測(cè)腔19中；射向探測(cè)腔的熒光通過(guò)濾波片截止波長(zhǎng)為532nm激光的濾波片14后再通過(guò)會(huì)聚透鏡15聚焦于高靈敏面陣(XD16上。
[0033]RF線圈3和U型微波天線9中保持輸入偏置電流使得色心金剛石材料I處感受到一個(gè)IOG的均勻磁場(chǎng)，提供極化偏置場(chǎng)實(shí)現(xiàn)電子自旋的極化；外圍電路控制U型微波天線9輸入微波脈沖，頻率為2.88GHz，實(shí)現(xiàn)電子自旋能量和核自旋能量的交換，極化核自旋；然后在外圍電路控制下由RF線圈3和U型微波天線9輸入RF脈沖信號(hào)，RF頻率為4.95MHz，控制NV—色心核自旋翻轉(zhuǎn)，輸入Ramsey序列實(shí)現(xiàn)慣性測(cè)量；然后外圍電路再次通過(guò)U型微波天線控制輸入微波脈沖將核自旋布居轉(zhuǎn)寫(xiě)為電子自旋布居。
[0034]一種色心金剛石陀螺在其實(shí)施操作時(shí)，如圖4所示，按照以下時(shí)序進(jìn)行:
[0035]初始化階段:啟動(dòng)電源，輸出一個(gè)激光脈沖初始化NV—色心電子自旋；通過(guò)微波天線9輸入一個(gè)微波脈沖初始化NV—色心氮原子核自旋，微波頻率約等于2.87GHz，脈沖時(shí)間tpol=l.5 μ s ;再次輸入一個(gè)激光脈沖重新初始化N'T色心電子自旋。
[0036]測(cè)量階段:輸入射頻磁場(chǎng)脈沖，脈沖頻率4.95MHz，脈沖時(shí)長(zhǎng)為半個(gè)核自旋的拉比振蕩周期即η脈沖；讓體系自由演化乜時(shí)間，tm小于NV_色心氮原子核自旋的橫向弛豫時(shí)間T2 ;再輸入一個(gè)時(shí)長(zhǎng)為π射頻磁場(chǎng)脈沖。
`[0037]讀出階段:輸入微波脈沖，脈沖時(shí)長(zhǎng)為半個(gè)NV_色心電子自旋的拉比振蕩周期即^脈沖；第一個(gè)脈沖后間隔時(shí)間\=1/2Α再輸入一個(gè)脈沖，A為電子自旋與核自旋的耦合系數(shù)，為2.2MHz ;輸入微波脈沖后輸入一個(gè)激光脈沖進(jìn)行電子自旋的檢測(cè)，讀出信號(hào)。
[0038]本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種色心金剛石陀螺，其特征在于:分為樣品腔(17)、激光腔(18)和探測(cè)腔(19)三個(gè)部分；其中: 所述的樣品腔(17)中包括高濃度氮原子-空位(NV_)色心金剛石材料(I)作為核心敏感元件，材料中NV_色心濃度達(dá)IO18/cm3以上,厚度大于150 μ m,尺寸大于I X Imm2,粘接于玻璃基底(2)上，其位置位于第一 RF線圈(3)和微波天線(9)的中心處，RF線圈是由第一 RF線圈(3 )和微波天線(9 )兩個(gè)線圈組成的赫姆赫茲線圈，玻璃基底(2 )粘接于鏡面(4)上，后者鍍多層介質(zhì)膜用以反射637nm波長(zhǎng)的熒光，包括4塊高靈敏面陣CCD (5、6、7、8)用于檢測(cè)637nm突光,每一塊面陣CCD前均粘接一塊濾波片，該濾波片可透過(guò)637nm突光,截止波長(zhǎng)大于532nm，第一 RF線圈(3)粘接與鏡面(4)的內(nèi)表面，而第二 RF線圈(10)粘接于一塊平凸透鏡(11)的表面，該透鏡的焦點(diǎn)聚焦于色心金剛石材料(I)放置位置中心略靠后的位置，使532nm激光會(huì)聚照射在色心金剛石材料(I)中心處1_直徑的圓上，色心金剛石材料(I)的周?chē)鸀橛芍睆?0 μ m銅線組成的微波天線(9)，微波天線(9)加工于玻璃基底(2)上，微波天線(9)的底部為正方形，在色心金剛石材料(I)中間區(qū)域處產(chǎn)生均勻的微波場(chǎng)； 所述的激光腔(18)包括一個(gè)垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器即VCSEL激光器(13)，發(fā)出的532nm激光通過(guò)底面的偏振窗口(20)入射至腔內(nèi)的二向色鏡(12)上，偏振窗口(20)內(nèi)嵌一個(gè)偏振鏡；二向色鏡(12)呈45度放置粘接于激光腔(18)內(nèi)，532nm激光入射后反射至樣品腔(17)中，從樣品腔(17)中發(fā)出的熒光入射到二向色鏡(12)后投射進(jìn)入探測(cè)腔(19)中； 所述的探測(cè)腔(19)包括濾波片(14)，會(huì)聚透鏡(15)和第五高靈敏面陣CXD (16)，濾波片截止波長(zhǎng)大于532nm可阻斷532nm光同時(shí)透過(guò)637nm光；會(huì)聚透鏡(15)將637nm突光會(huì)聚于焦面，即第五高靈敏面陣CXD (16)所在位置處，第五高靈敏面陣CXD (16)在637nm附近具有響應(yīng)峰值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色心金剛石陀螺，其特征在于利用VCSEL激光器(13)的偏振特性實(shí)現(xiàn)激光的快速開(kāi)關(guān)，根據(jù)激光時(shí)序調(diào)整輸入VCSEL激光器(13)的輸入電流，使其輸出激光的偏振方向發(fā)生變化，從而使得通過(guò)偏振窗口(20)的激光強(qiáng)度發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)激光脈沖時(shí)序的產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色心金剛石陀螺，其特征在于，使用時(shí)按照以下時(shí)序完成一次角速度的測(cè)量: (1)、初始化階段:啟動(dòng)電源，輸出一個(gè)激光脈沖初始化NV—色心電子自旋；通過(guò)微波天線(9)輸入一個(gè)微波脈沖初始化NV—色心氮原子核自旋，微波頻率約等于2.87GHz，脈沖時(shí)間tpaL=l.5 μ s ;再次輸入一個(gè)激光脈沖重新初始化NV_色心電子自旋； (2)、測(cè)量階段:輸入射頻磁場(chǎng)脈沖，脈沖頻率4.95MHz，脈沖時(shí)長(zhǎng)為半個(gè)核自旋的拉比振蕩周期即η脈沖；讓體系自由演化乜時(shí)間，tm小于NV_色心氮原子核自旋的橫向弛豫時(shí)間T2 ;再輸入一個(gè)時(shí)長(zhǎng)為π射頻磁場(chǎng)脈沖； (3)、讀出階段:輸入微波脈沖，脈沖時(shí)長(zhǎng)為半個(gè)NV_色心電子自旋的拉比振蕩周期即^脈沖；第一個(gè)脈沖后間隔時(shí)間\=1/2Α再輸入一個(gè)脈沖，A為電子自旋與核自旋的耦合系數(shù)，為2.2MHz ;輸入微波脈沖后輸入一個(gè)激光脈沖進(jìn)行電子自旋的檢測(cè)，讀出信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01C19/58GK103557855SQ201310565956
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】房建成, 張晨, 張寧, 袁珩 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)