基于声光偏转器的光栅扫描与光电探测实现高灵敏度NV系综成像

该研究团队提出了一种基于金刚石氮空位(NV)中心阵列的技术,能够实现高时空分辨率的磁场成像。该方法采用声光偏转器(AOD)对聚焦激光束进行光栅扫描,并通过单光子探测器读取NV中心荧光信号,实现了高动态范围的低噪声检测。该技术突破性地采用了准连续波光学探测磁共振(qCW-ODMR)工作模式——在此模式下,NV中心经历短促的光泵浦脉冲用于自旋读取和再极化(类似于脉冲ODMR技术),同时微波场持续保持与自旋跃迁共振。 研究人员系统表征了该工作模式,证明自旋响应受相干演化与弛豫过程之间的可调谐相互作用支配,这种相互作用由泵浦激光脉冲的时间间隔决定。值得注意的是,该技术无需精确的微波脉冲控制,从而显著简化了实验实施。为验证其性能,该团队对导电介质中微电极产生的时变磁场进行了成像,实现了亚毫秒级时间分辨率。这种灵活的空间采样方法配合所使用的金刚石材料,可获得每像素nT·Hz^(-1/2)量级的灵敏度,特别适用于检测生物系统等复杂环境中的微弱动态磁场。

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提交arXiv: 2025-12-01 17:13

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