【摘要】：固態(tài)自旋系綜NV色心磁強(qiáng)計(jì)是利用金剛石NV色心的自旋共振特性,在外部磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生能級(jí)分裂,結(jié)合量子操控、光-自旋相互作用、微弱信號(hào)檢測(cè)等技術(shù)發(fā)展起來(lái)的新型微弱磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)。由于NV色心的自旋狀態(tài)可以在室溫下通過(guò)微波場(chǎng)進(jìn)行初始化、讀出和控制,NV色心磁強(qiáng)計(jì)在常溫下就能實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高空間分辨率的磁場(chǎng)檢測(cè),在微納米尺度微弱磁場(chǎng)探測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。固態(tài)自旋系綜NV色心磁強(qiáng)計(jì)靈敏度影響因素有參與傳感自旋數(shù)量、NV色心濃度、熒光收集效率、相干時(shí)間、磁場(chǎng)解算方法等等。本文就微波調(diào)制型固態(tài)自旋系綜NV色心磁強(qiáng)計(jì)中關(guān)于系綜NV色心的濃度平面、立體表征,微波調(diào)制解調(diào)等關(guān)鍵技術(shù)做了一系列的研究,主要的研究?jī)?nèi)容如下:第一、從理論上研究了ODMR測(cè)量靜磁場(chǎng)、Ramsey時(shí)序測(cè)量直流磁場(chǎng)和Spin echo測(cè)量交變磁場(chǎng)機(jī)理,并對(duì)這三種方法的磁場(chǎng)測(cè)量靈敏度及其影響因素進(jìn)行了細(xì)致的闡述、討論和分析,給出了提高固態(tài)自旋NV色心磁強(qiáng)計(jì)靈敏度的幾種方式,為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高靈敏度系綜NV色心磁強(qiáng)計(jì)提供理論上的基礎(chǔ)。第二、研究了系綜NV色心濃度的二維平面表征和三維立體表征的方法和實(shí)現(xiàn)及系綜NV色心在制備中的生長(zhǎng)規(guī)律,為后續(xù)課題組進(jìn)行高濃度NV色心可控制備、高靈敏度的系綜NV色心磁強(qiáng)計(jì)研究打下基礎(chǔ)。第三,推導(dǎo)和對(duì)比了基于正弦波調(diào)制和方波調(diào)制技術(shù)的固態(tài)自旋系綜NV色心磁強(qiáng)計(jì)的原理,并給出了估算靈敏度的方法。自主搭建了微波調(diào)制型NV色心磁強(qiáng)計(jì)原理樣機(jī),并從實(shí)驗(yàn)上確定了調(diào)制信號(hào)的最優(yōu)參數(shù)。在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)參數(shù)下,重點(diǎn)研究了方波調(diào)制和正弦波調(diào)制對(duì)系綜NV色心磁強(qiáng)計(jì)靈敏度、工作帶寬、噪聲譜密度的影響,最后研制的微波調(diào)制型系綜NV色心磁強(qiáng)計(jì)的測(cè)磁靈敏度達(dá)到了9.4。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH878

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本文編號(hào)：2725363