本發(fā)明涉及量子傳感器領(lǐng)域，具體為一種無(wú)射頻微波的快速磁追蹤的量子磁成像儀。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，有越來(lái)越多的研究人員把金剛石中的特殊結(jié)構(gòu)氮空位色心作為量子精密測(cè)量技術(shù)的新興研究方向，這是由于其適宜長(zhǎng)時(shí)間在室溫工作、可光學(xué)自旋態(tài)初始化和讀出、生物兼容性好等特征。因?yàn)閚v的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，使得它在很多領(lǐng)域得到了充分的應(yīng)用。由于nv的熒光非常穩(wěn)定，是一種良好的單光子源，被用于量子密鑰分配、生物熒光標(biāo)記等實(shí)驗(yàn)。nv色心的自旋可通過激光和微波實(shí)現(xiàn)操作和探測(cè)。另外由于nv的電子自旋相干時(shí)間可達(dá)毫秒量級(jí)，它被認(rèn)為是一種十分具有潛力的量子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)nv也可作為納米尺寸的傳感器，用于磁場(chǎng)、電場(chǎng)、溫度等物理量的測(cè)量。因此，如何更方便地快速追蹤，測(cè)量以及檢測(cè)是當(dāng)下亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是針對(duì)如何在無(wú)微波環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性粒子的三維快速追蹤的問題，提供了一種無(wú)射頻微波的快速磁追蹤的量子磁成像儀，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)待測(cè)樣品在無(wú)微波環(huán)境下進(jìn)行高精度量子磁追蹤從而分析內(nèi)部情況，并最終呈現(xiàn)出高分辨率的量子成像，可以有效應(yīng)用于實(shí)體檢測(cè)。

2、為了達(dá)到上述目的，進(jìn)而采取的技術(shù)方案如下：

3、一種無(wú)射頻微波的快速磁追蹤的量子磁成像儀，包括

4、激發(fā)光路，用于提供穩(wěn)定的高質(zhì)量激光，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)目標(biāo)的激發(fā)；

5、成像光路，用于快速實(shí)現(xiàn)定位待測(cè)目標(biāo)，使用高分辨率，寬視場(chǎng)的cmos相機(jī)；

6、檢測(cè)光路，對(duì)待測(cè)樣品受激產(chǎn)生的微弱光學(xué)信號(hào)進(jìn)行收集，用于進(jìn)一步分析；

7、激發(fā)光路、成像光路和檢測(cè)光路安裝在碳纖維外殼內(nèi)。

8、作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，激發(fā)光路包括激光器、平凸透鏡、20倍物鏡、10μm針孔相機(jī)和反射鏡，激光器、平凸透鏡、20倍物鏡和10μm針孔相機(jī)同軸線設(shè)置，反射鏡放置在10μm針孔相機(jī)一端，反射鏡反射方向的一側(cè)設(shè)置有成像光路；激光器用于發(fā)射出532nm的可見綠光，平凸透鏡用于減少光線反射和折射，將發(fā)出的激光聚焦到20倍物鏡以及針孔相機(jī)上，20倍物鏡和針孔相機(jī)用于消除高階噪聲干擾，提升成像質(zhì)量；反射鏡用于反射光線，為成像光路提供光源。

9、作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，成像光路包括二向色分光棱鏡、濾光片和cmos相機(jī)，二向色分光棱鏡設(shè)置在反射鏡反射方向的一側(cè)，cmos相機(jī)設(shè)置在二向色分光棱鏡分離的一束光路上，cmos相機(jī)和二向色分光棱鏡之間設(shè)置有濾光片；二向色分光棱鏡用于分離出不同波長(zhǎng)的光并使其以不同的方向傳播，濾光片用于濾除除637-800nm波長(zhǎng)以外的光線，cmos相機(jī)用于實(shí)現(xiàn)圖像采集，進(jìn)行高分辨率檢測(cè)并成像。

10、作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，檢測(cè)光路包括10倍物鏡，10倍物鏡設(shè)置在二向色分光棱鏡分離的另一束光路上，用于將過濾后的斑點(diǎn)聚焦到nv色心上。

11、本發(fā)明的有益效果是：

12、本發(fā)明是基于雙色心系綜來(lái)實(shí)現(xiàn)磁目標(biāo)快速追蹤，具有高靈敏度、快速響應(yīng)以及寬測(cè)量范圍的特點(diǎn)；此外，雙色心具有免校準(zhǔn)和非侵入性檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，允許快速獲取磁場(chǎng)信息，而無(wú)需空間掃描，從而消除傳感器和目標(biāo)系統(tǒng)之間的物理接觸，極大降低了被干擾和損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種無(wú)射頻微波的快速磁追蹤的量子磁成像儀，其特征在于：包括

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無(wú)射頻微波的快速磁追蹤的量子磁成像儀，其特征在于：激發(fā)光路包括激光器、平凸透鏡、20倍物鏡、10μm針孔相機(jī)和反射鏡，激光器、平凸透鏡、20倍物鏡和10μm針孔相機(jī)同軸線設(shè)置，反射鏡放置在10μm針孔相機(jī)一端，反射鏡反射方向的一側(cè)設(shè)置有成像光路；激光器用于發(fā)射出532nm的可見綠光，平凸透鏡用于減少光線反射和折射，將發(fā)出的激光聚焦到20倍物鏡以及針孔相機(jī)上，20倍物鏡和針孔相機(jī)用于消除高階噪聲干擾，提升成像質(zhì)量；反射鏡用于反射光線，為成像光路提供光源。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無(wú)射頻微波的快速磁追蹤的量子磁成像儀，其特征在于：成像光路包括二向色分光棱鏡、濾光片和cmos相機(jī)，二向色分光棱鏡設(shè)置在反射鏡反射方向的一側(cè)，cmos相機(jī)設(shè)置在二向色分光棱鏡分離的一束光路上，cmos相機(jī)和二向色分光棱鏡之間設(shè)置有濾光片；二向色分光棱鏡用于分離出不同波長(zhǎng)的光并使其以不同的方向傳播，濾光片用于濾除除637-800nm波長(zhǎng)以外的光線，cmos相機(jī)用于實(shí)現(xiàn)圖像采集，進(jìn)行高分辨率檢測(cè)并成像。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無(wú)射頻微波的快速磁追蹤的量子磁成像儀，其特征在于：檢測(cè)光路包括10倍物鏡，10倍物鏡設(shè)置在二向色分光棱鏡分離的另一束光路上，用于將過濾后的斑點(diǎn)聚焦到nv色心上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于量子傳感器領(lǐng)域，公開了一種無(wú)射頻微波的快速磁追蹤的量子磁成像儀，為在無(wú)微波條件下，利用色心系綜快速感應(yīng)磁場(chǎng)所提供的量子磁成像儀。該儀器由多個(gè)系統(tǒng)組成：激發(fā)光路、成像光路、檢測(cè)光路、待測(cè)磁性目標(biāo)。激發(fā)光路可以產(chǎn)生高質(zhì)量激光用于激發(fā)待測(cè)目標(biāo)；成像光路可以用于快速實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)目標(biāo)的定位；檢測(cè)光路可以收集待測(cè)目標(biāo)受激產(chǎn)生的微弱光學(xué)信號(hào)用于進(jìn)一步分析；熒光采集分析電路系統(tǒng)可以收集并檢測(cè)光路中熒光信號(hào)從而連接上位機(jī)進(jìn)行軟控制，進(jìn)行精確分析處理；待測(cè)磁性目標(biāo)通過注射器注入氣流，控制其在迷宮狀管道中的移動(dòng)。本發(fā)明為基于色心系綜的磁性目標(biāo)快速磁跟蹤提供了一種有價(jià)值的方法，從而擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：郝文淵,溫?zé)w,唐軍,李鑫,朱強(qiáng),劉俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6