本發(fā)明屬于量子傳感的固態(tài)自旋微弱信息檢測(cè)領(lǐng)域，具體是一種微波掃描共振的固態(tài)自旋系綜定位與濃度測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著光與原子分子物理、量子技術(shù)的不斷發(fā)展，以及信息科學(xué)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的突破，以量子導(dǎo)航、量子計(jì)算、量子雷達(dá)、量子通信與量子衛(wèi)星為代表的量子技術(shù)依靠其抗干擾性強(qiáng)、探測(cè)距離超長(zhǎng)、保密性高、芯片集成的高精度化等優(yōu)勢(shì)正在成為下一代國(guó)家戰(zhàn)略與精密測(cè)量領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)。

量子調(diào)控技術(shù)以及微納加工技術(shù)的迅速發(fā)展，表現(xiàn)在以金剛石氮空位(nv)色心量子體系為代表的固體磁共振力/磁參量傳感測(cè)量靈敏度已經(jīng)突破了人類(lèi)傳統(tǒng)認(rèn)知的極限(力測(cè)量：fn；磁測(cè)量：at)，并且測(cè)量單元微小化、測(cè)量系統(tǒng)芯片化的趨勢(shì)也愈加明顯。在空間飛行器、導(dǎo)彈的姿態(tài)和軌道控制，地球磁場(chǎng)梯度測(cè)量，長(zhǎng)航時(shí)高精度導(dǎo)航等尖端技術(shù)領(lǐng)域，加速度、角速度、磁場(chǎng)等參量的測(cè)量具有廣闊的應(yīng)用前景。

在以往關(guān)于自旋的研究中，采用紅外/拉曼光譜的方式，只能得到自旋濃度的定性與半定量分析；同時(shí)由于光斑尺寸問(wèn)題，對(duì)自旋系綜的均勻性指標(biāo)，還沒(méi)有更好的方法。而三維固態(tài)自旋系綜濃度是影響量子傳感精度的關(guān)鍵因素之一，研究自旋濃度的確定性測(cè)量與均勻性表征是實(shí)現(xiàn)自旋系綜量子空間分布的關(guān)鍵。

綜上所述，面向量子傳感的固態(tài)自旋系綜定位與濃度測(cè)量裝置，有望為未來(lái)的量子傳感器件、量子計(jì)算機(jī)、新型自旋材料開(kāi)發(fā)提供基本的測(cè)量手段。由于自旋屬性的復(fù)雜性，自旋信息極其微弱，背景噪聲大，因此，需要提出新的自旋系綜濃度測(cè)量方法與思路，重點(diǎn)研究原子力顯微自旋定位的均勻度測(cè)量與微波共振自旋系綜的定量表征理論與方法模型，開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，提高系統(tǒng)的靈敏度、降低噪聲，實(shí)現(xiàn)自旋系綜濃度測(cè)量。

本發(fā)明裝置就是基于這樣的研究熱點(diǎn)，通過(guò)解決自旋系綜濃度測(cè)量關(guān)鍵問(wèn)題，研制出新一代面向量子傳感的固態(tài)自旋系綜測(cè)量裝置，為科學(xué)研究提供更新穎、更先進(jìn)的手段和工具。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出利用自旋定位、微波共振的三維濃度掃描測(cè)量，采用探針自旋定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)自旋的精確定位，可以進(jìn)行自旋系綜的均勻性測(cè)量；同時(shí)利用微波共振三維濃度掃描測(cè)量方法，能夠得到固態(tài)自旋濃度三維濃度的高精度測(cè)量。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種微波掃描共振的固態(tài)自旋系綜定位與濃度測(cè)量裝置，包括自旋微波定位控制單元、微波掃描共振自旋濃度測(cè)量控制單元和測(cè)量單元。

所述測(cè)量單元包括測(cè)量單元底座，所述測(cè)量單元底座上安裝樣品位置控制器和探針位置控制器；所述樣品位置控制器上安裝樣品掃描筒座，所述樣品掃描筒座上安裝樣品掃描筒，所述樣品掃描筒前端安裝樣品臺(tái)，所述樣品臺(tái)上放置樣品，所述樣品臺(tái)上位于樣品一側(cè)放置激光囚禁增強(qiáng)腔，所述樣品周?chē)胖眉す夥瓷溏R，所述激光反射鏡將樣品發(fā)出的熒光聚集到一個(gè)方向經(jīng)過(guò)濾波片濾光后輸入至光電檢測(cè)器；所述探針位置控制器上安裝探針座，所述探針座上安裝諧振腔，所述諧振腔同軸安裝探針，所述探針從諧振腔的端壁孔中伸出，所述探針前端安裝壓電陶瓷振動(dòng)針尖；所述探針臺(tái)和樣品臺(tái)下方分別設(shè)有磁石。

所述自旋微波定位控制單元包括前置放大器，所述前置放大器輸入端與光電檢測(cè)器輸出端連接、其輸出端連接放大濾波器輸入端，所述放大濾波器輸出端并聯(lián)鎖相環(huán)輸入端和幅值控制器輸入端，所述鎖相環(huán)的輸出信號(hào)一路與幅值控制器的輸出信號(hào)結(jié)合作為控制信號(hào)a反饋至測(cè)量單元的樣品位置控制器、另一路同時(shí)輸入至數(shù)據(jù)分析模塊i和z方向位置控制器，所述z方向位置控制器輸出控制信號(hào)b至測(cè)量單元的探針位置控制器。

所述微波掃描共振自旋濃度測(cè)量控制單元包括微波源，所述微波源產(chǎn)生微波信號(hào)輸入到定向耦合參考器i，所述定向耦合參考器i的輸出信號(hào)一路輸入至微波放大器i、另一路輸入至微波放大器ii、再一路輸入至功率參考數(shù)據(jù)分析模塊，所述微波放大器i輸出信號(hào)至諧振腔、且反饋至微波源；所述微波放大器ii輸出信號(hào)至定向耦合參考器ii，所述定向耦合參考器ii與z方向位置控制器雙向連接，所述定向耦合參考器ii輸出信號(hào)至微波放大器iii，所述微波放大器iii輸出信號(hào)一路至數(shù)據(jù)分析模塊ii、另一路通過(guò)加法器i同微波放大器i的輸出信號(hào)相加后，再次通過(guò)加法器ii同低頻振蕩器相加后輸出信號(hào)至數(shù)據(jù)分析模塊iii，所述低頻振蕩器輸出合適的低頻振蕩信號(hào)至測(cè)量單元中樣品臺(tái)上的微波天線(xiàn)。

工作時(shí)，測(cè)量單元將檢測(cè)到的微弱信號(hào)(來(lái)自于光電檢測(cè)器的信號(hào))輸入到前置放大器，經(jīng)過(guò)前置放大器、放大濾波器進(jìn)行放大濾波后的信號(hào)輸入到鎖相環(huán)(pll)和幅值控制器，幅值控制器檢測(cè)信號(hào)的幅值變化，并使其輸出的信號(hào)保持恒定的幅值，鎖相環(huán)(pll)對(duì)特定頻率的信號(hào)進(jìn)行鎖相，鎖相后的信號(hào)一路與幅值控制器確定的幅值結(jié)合形成恒定的激勵(lì)反饋到測(cè)量單元中的樣品位置控制器中，使得樣品和探針保持合適的距離，使探針保持一定的頻率振幅振動(dòng)；另一路信號(hào)將提取出的頻率變化進(jìn)行數(shù)據(jù)分析模塊i，并輸入到z方向位置控制器，控制精密測(cè)量單元中探針位置控制器進(jìn)行z方向的移動(dòng)，使探針與樣品之間以合適的距離進(jìn)行檢測(cè)。

微波源產(chǎn)生一個(gè)微波信號(hào)輸入到定向耦合參考器i，一路信號(hào)輸入至功率參考數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行功率參考數(shù)據(jù)分析，然后另一路信號(hào)經(jīng)過(guò)微波放大器i放大后作用后一路信號(hào)輸入至測(cè)量單元中的諧振腔，另一路信號(hào)經(jīng)過(guò)微波放大器ii放大通過(guò)定向耦合參考器ii再通過(guò)微波放大器iii再次放大，將二次放大信號(hào)輸入至數(shù)據(jù)分析模塊ii進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將一次和二次放大信號(hào)同低頻振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)輸入數(shù)據(jù)分析模塊iii進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確定合適的低頻振蕩信號(hào)后，低頻振蕩器輸入到測(cè)量單元中樣品臺(tái)的微波天線(xiàn)上為檢測(cè)提供一個(gè)穩(wěn)定的微波場(chǎng)環(huán)境。

測(cè)量單元中，探針的針尖從端壁上的小孔中伸出諧振腔，為了提高諧振腔的品質(zhì)因子q、屏蔽遠(yuǎn)場(chǎng)因素影響，諧振腔小孔直徑以剛通過(guò)探針針尖為好。探針下方的樣品通過(guò)與針尖的相互作用改變諧振腔的有效長(zhǎng)度和損耗，進(jìn)而改變系統(tǒng)的共振頻率和品質(zhì)因素。通過(guò)壓電陶瓷振動(dòng)針尖做高頻振動(dòng)，入射光經(jīng)過(guò)樣品向各個(gè)方向散射經(jīng)過(guò)光囚禁增強(qiáng)腔和光反射鏡聚集到一個(gè)方向經(jīng)過(guò)濾波片濾光后由光電檢測(cè)器進(jìn)行收集。

掃描樣品時(shí)，先給予探針恒定振幅和頻率的激勵(lì)，將樣品分為有限多個(gè)微小區(qū)域，依次對(duì)每一個(gè)區(qū)域進(jìn)行采樣分析，由于不同區(qū)域內(nèi)nv-濃度分布的不同，探針樣品相互接近時(shí)產(chǎn)生的相互作用力不同，導(dǎo)致探針振動(dòng)頻率的變化，將每一區(qū)域測(cè)出的探針振動(dòng)頻率變化輸出，通過(guò)外部高速電子解算系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列的計(jì)算可以得到金剛石nv-的濃度分布。

理論原理如下：

掃描微波通過(guò)測(cè)量afm探針在掃描過(guò)程中的反射微波系數(shù)(s11)來(lái)得到針尖/樣品的界面阻抗：

其中z0為表觀阻抗(50ω)，zl為載荷阻抗(等同于針尖/樣品的界面阻抗)，針尖/樣品的界面阻抗主要取決于電容變化，因此s11可以直接反映相關(guān)的電容及樣品的介電性質(zhì)。

在相同時(shí)間和電容情況下，高操作頻率(hf)導(dǎo)致負(fù)載阻抗減小，有：

z＝1/jωhfc(5)

將方程(5)帶入方程(4)得到：

解方程(6)得：

afm探針與金剛石表面接觸，形成一個(gè)肖特基勢(shì)壘。在afm探針與金剛石之間加一反向偏壓，結(jié)的勢(shì)壘寬度向金剛石表面擴(kuò)展。結(jié)的勢(shì)壘電容(c)及其電壓(v)的變化率(dc/dv)與勢(shì)壘擴(kuò)展寬度(x)及其相應(yīng)的摻雜濃度[n(x)]由有下式給出：

將(7)帶入方程(8)得：

s11參數(shù)與微波頻率關(guān)系中(如圖4所示)，s11的每一個(gè)共振峰值代表樣品中元素(物質(zhì))對(duì)微波的振動(dòng)頻率，不妨設(shè)s11(ω)≈s11(ω1)+s11(ω2)+s11(ω3)+···

其中，ω1～f(n)，ω2～f(nv-)，ω3～f(nv⁰)。

則由公式(9)可以得到，樣品氮的濃度為:

nv-的濃度為:

因此，從理論上驗(yàn)證了運(yùn)用該方法通過(guò)微波共振的方法可以得到局域nv-濃度的可行性。將探針在(x，y)平面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，就可以得到樣品的三維nv-濃度。

對(duì)上式(11)求導(dǎo)，得到：

則，

取典型值δs11(ω2)＝0.1db，ε0＝1,εr≈6，dc/dv≈20mv，ωhf≈1ghz，z0＝50ω，s11(ω2)≈0db，a≈10nm,e＝1.6×10^-19c。則運(yùn)用該方法最小可檢測(cè)nv-濃度約為δs11(ω2)＝10¹²/cm^-3。

總之，由于自旋屬性的復(fù)雜性，自旋信息極其微弱，背景噪聲大，因此，需要提出新的自旋系綜濃度測(cè)量方法與思路，重點(diǎn)研究原子力顯微自旋定位的均勻度測(cè)量與微波共振自旋系綜的定量表征理論與方法模型，提高系統(tǒng)的靈敏度、降低噪聲，實(shí)現(xiàn)自旋系綜濃度測(cè)量。本發(fā)明面向量子傳感的固態(tài)自旋微弱信息檢測(cè)，具體是一種微波掃描共振的新型固態(tài)自旋系綜定位與濃度測(cè)量裝置。該裝置主要由精密測(cè)量單元，自旋微波定位控制模塊和微波掃描共振自旋濃度測(cè)量模塊組成；提出利用自旋定位、微波共振的三維濃度掃描測(cè)量，采用探針自旋定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)自旋的精確定位，可以進(jìn)行自旋系綜的均勻性測(cè)量；同時(shí)利用微波共振三維濃度掃描測(cè)量方法，能夠得到固態(tài)自旋濃度三維濃度的高精度測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1表示本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖。

圖2a表示自旋濃度測(cè)量測(cè)量單元俯視示意圖。

圖2b表示自旋濃度測(cè)量測(cè)量單元樣品部分示意圖。

圖2c表示自旋濃度測(cè)量測(cè)量單元探針部分示意圖。

圖3表示微波共振掃描濃度測(cè)量理論示意圖。

圖4表示s11參數(shù)與共振頻率的關(guān)系示意圖。

圖中：1-測(cè)量單元，2-z方向移動(dòng)控制器，3-數(shù)據(jù)分析模塊i，4-鎖相環(huán)(pll)，5-幅值控制器，6-放大濾波器，7-前置放大器，8-微波放大器i，9-定向耦合參考器i，10-微波放大器ii，11-微波放大器iii，12-數(shù)據(jù)分析模塊ii，13-定向耦合參考器ii，14-功率參考數(shù)據(jù)分析模塊，15-微波源，16-數(shù)據(jù)分析模塊iii，17-低頻振蕩器，18-加法器i，19-加法器ii；101-掃描筒，102-掃描筒座，103-位置控制器，104-樣品臺(tái)，105-壓電陶瓷振動(dòng)針尖，106-探針，107-紅寶石，108-諧振腔，109-位置控制器，110-精密測(cè)量單元底座，111-滑動(dòng)器，112-藍(lán)寶石板，113-激光增強(qiáng)腔，114-樣品，115-激光反射鏡，116-濾波片，117-光電檢測(cè)器，118-紅寶石球，119-磁石，120-探針座。

具體實(shí)施方

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

一種微波掃描共振的固態(tài)自旋系綜定位與濃度測(cè)量裝置，由精密測(cè)量單元、自旋微波定位控制單元和微波掃描共振自旋濃度測(cè)量單元組成。

具體的系統(tǒng)框圖如圖1所示，自旋微波定位控制單元包括z方向位置控制器，數(shù)據(jù)分析模塊i，鎖相環(huán)(pll)，幅值控制器，放大濾波器，前置放大器。具體連接關(guān)系為，如圖1所示，前置放大器7輸入端與光電檢測(cè)器117輸出端連接、其輸出端連接放大濾波器6輸入端，放大濾波器6輸出端并聯(lián)鎖相環(huán)4輸入端和幅值控制器5輸入端，鎖相環(huán)4的輸出信號(hào)一路與幅值控制器5的輸出信號(hào)結(jié)合作為控制信號(hào)a反饋至測(cè)量單元1的樣品位置控制器103、另一路同時(shí)輸入至數(shù)據(jù)分析模塊i3和z方向位置控制器2，所述z方向位置控制器2輸出控制信號(hào)b至測(cè)量單元1的探針位置控制器109。精密測(cè)量單元1將檢測(cè)到的微弱信號(hào)輸入到前置放大器7，經(jīng)過(guò)前置放大器7，放大濾波器6進(jìn)行放大濾波后的信號(hào)輸入到鎖相環(huán)(pll)4和幅值控制器5，幅值控制器檢測(cè)信號(hào)的幅值變化，并使其輸出的信號(hào)保持恒定的幅值，鎖相環(huán)(pll)4對(duì)特定頻率的信號(hào)進(jìn)行鎖相，鎖相后的信號(hào)一路與幅值控制器5確定的幅值結(jié)合形成恒定的激勵(lì)反饋到精密測(cè)量單元1，使探針106保持一定的頻率振幅振動(dòng)，另一路信號(hào)將提取出的頻率變化進(jìn)行數(shù)據(jù)分析模塊i3，并輸入到z方向位置控制器2，控制精密測(cè)量單元1中探針106進(jìn)行z方向的移動(dòng)，使探針106與樣品114之間以合適的距離進(jìn)行檢測(cè)。

微波掃描共振自旋濃度測(cè)量單元包括微波放大器，定向耦合參考器，數(shù)據(jù)分析模塊，功率參考數(shù)據(jù)分析模塊，微波源，低頻振蕩器。具體連接關(guān)系為，如圖1所示，微波源15產(chǎn)生微波信號(hào)輸入到定向耦合參考器i9，所述定向耦合參考器i9的輸出信號(hào)一路輸入至微波放大器i8、另一路輸入至微波放大器ii10、再一路輸入至功率參考數(shù)據(jù)分析模塊14，所述微波放大器i8輸出信號(hào)至諧振腔108、且反饋至微波源15；所述微波放大器ii10輸出信號(hào)至定向耦合參考器ii13，所述定向耦合參考器ii13與z方向位置控制器2雙向連接，所述定向耦合參考器ii13輸出信號(hào)至微波放大器iii11，所述微波放大器iii11輸出信號(hào)一路至數(shù)據(jù)分析模塊ii12、另一路通過(guò)加法器i18同微波放大器i8的輸出信號(hào)相加后，再次通過(guò)加法器ii19同低頻振蕩器17相加后輸出信號(hào)至數(shù)據(jù)分析模塊iii16，所述低頻振蕩器17輸出合適的低頻振蕩信號(hào)至測(cè)量單元1中樣品臺(tái)104上的微波天線(xiàn)。微波源15產(chǎn)生一個(gè)微波信號(hào)輸入到定向耦合參考器i9進(jìn)行功率參考數(shù)據(jù)分析，然后一路信號(hào)經(jīng)過(guò)微波放大器i8放大后作用到精密測(cè)量單元1中的諧振腔108，另一路信號(hào)經(jīng)過(guò)微波放大器ii10放大通過(guò)定向耦合參考器ii13再通過(guò)微波放大器iii11再次放大，將二次放大信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析模塊ii12，將一次和二次放大信號(hào)同低頻振蕩器17產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析模塊iii16，確定合適的低頻振蕩信號(hào)輸入到精密測(cè)量單元1中樣品臺(tái)104的微波天線(xiàn)上為檢測(cè)提供一個(gè)穩(wěn)定的微波場(chǎng)環(huán)境。

精密測(cè)量單元1包括掃描筒，掃描筒座樣品位置控制器，樣品臺(tái)，探針，諧振腔，探針位置控制器，精密測(cè)量單元底座，滑動(dòng)器，激光增強(qiáng)腔，樣品，激光反射鏡，濾波片，光電檢測(cè)器，磁石，探針座等等。具體連接關(guān)系為，如圖2a所示，測(cè)量單元底座110上安裝樣品位置控制器103和探針位置控制器109；樣品位置控制器103上安裝樣品掃描筒座102，樣品掃描筒座102上安裝樣品掃描筒101，樣品掃描筒101前端安裝樣品臺(tái)104，所述樣品臺(tái)104上放置樣品114，所述樣品臺(tái)104上位于樣品114一側(cè)放置激光囚禁增強(qiáng)腔113，所述樣品114周?chē)胖眉す夥瓷溏R115(如圖2b所示)，激光反射鏡115將樣品114發(fā)出的熒光聚集到一個(gè)方向經(jīng)過(guò)濾波片116濾光后輸入至光電檢測(cè)器117；如圖2c所示，探針位置控制器109上安裝探針座120，探針座120上安裝諧振腔108，諧振腔108同軸安裝探針106，所述探針106從諧振腔108的端壁孔中伸出，探針106前端安裝壓電陶瓷振動(dòng)針尖105；探針臺(tái)120和樣品臺(tái)104下方分別設(shè)有磁石119。尖化后的音叉探針106同軸安裝在高品質(zhì)因子諧振腔108的中心導(dǎo)體上，探針106的壓電陶瓷振動(dòng)針尖105從諧振腔108的開(kāi)端壁上的小孔中伸出約2mm，為了提高諧振腔108的品質(zhì)因子q、屏蔽遠(yuǎn)場(chǎng)因素影響，諧振腔小孔直徑以剛通過(guò)探針針尖為好，材料采用鍍有金屬膜的紅寶石107構(gòu)成，金屬膜厚度達(dá)到趨膚深度即可，好處是既有效的屏蔽了遠(yuǎn)場(chǎng)微波影響，又避免針尖與鍍層間高損微同軸電纜的形成，保證共振腔的高q值和靈敏度。探針針尖105下方的樣品114通過(guò)與針尖的相互作用改變諧振腔108的有效長(zhǎng)度和損耗，進(jìn)而改變系統(tǒng)的共振頻率和品質(zhì)因素。通過(guò)壓電陶瓷振動(dòng)針尖105做高頻振動(dòng)，入射光經(jīng)過(guò)樣品114向各個(gè)方向散射經(jīng)過(guò)光囚禁增強(qiáng)腔113和光反射鏡115聚集到一個(gè)方向經(jīng)過(guò)濾波片116濾光后由光電檢測(cè)器117進(jìn)行收集。具體實(shí)施時(shí)，樣品和探針的位置控制實(shí)現(xiàn)方式為，探針臺(tái)120和樣品臺(tái)104下方分別有兩塊藍(lán)寶石板112，與精密測(cè)量單元底座110上的兩個(gè)滑動(dòng)器111之間分別通過(guò)紅寶石球107連接，通過(guò)上述結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中的微動(dòng)控制。例如，現(xiàn)有技術(shù)中，探針臺(tái)包括粗動(dòng)和微動(dòng)機(jī)構(gòu)，粗動(dòng)機(jī)構(gòu)為剪切型壓電陶瓷構(gòu)成，具有大量程特點(diǎn)；微動(dòng)機(jī)構(gòu)由圓形壓電陶瓷組成，外部與電極相連，具有高精度的特點(diǎn)。

給予探針恒定振幅和頻率的激勵(lì)，將樣品分為有限多個(gè)微小區(qū)域，依次對(duì)每一個(gè)區(qū)域進(jìn)行采樣分析，由于不同區(qū)域內(nèi)nv-濃度分布的不同，探針樣品相互接近時(shí)產(chǎn)生的相互作用力不同，改變腔的有效長(zhǎng)度和損耗，進(jìn)而改變系統(tǒng)的共振頻率和品質(zhì)因素。將每一區(qū)域測(cè)出的探針振動(dòng)頻率變化輸出，高速電子解算系統(tǒng)通過(guò)鑒相器、比較器和放大器控制頻率合成，跟蹤系統(tǒng)共振頻率，并由微波二極管檢波放大得到腔內(nèi)的振幅，通過(guò)一系列的計(jì)算可以得到nv-的濃度分布。

另外，在進(jìn)行具體檢測(cè)時(shí)，極化激光：實(shí)現(xiàn)核自旋的極化或超極化，賦予核自旋宏觀指向，是原子自旋系綜的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

檢測(cè)與操控激光裝置：通過(guò)激光與自旋的耦合作用，檢測(cè)得到核自旋的進(jìn)動(dòng)狀態(tài)，是角運(yùn)動(dòng)信號(hào)疊加到光信號(hào)的控制與檢測(cè)機(jī)構(gòu)，一般采用線(xiàn)偏振光或者圓偏振光，位置與驅(qū)動(dòng)激光采用正交布局。

磁線(xiàn)圈：通過(guò)閉環(huán)控制產(chǎn)生三維磁場(chǎng)，降低精密測(cè)量單元的磁場(chǎng)波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)磁補(bǔ)償，提高磁場(chǎng)穩(wěn)定性。

磁屏蔽層：通過(guò)高導(dǎo)磁材料屏蔽環(huán)境磁場(chǎng)對(duì)原子自旋系綜的影響，抑制由于外界環(huán)境磁場(chǎng)變化導(dǎo)致的檢測(cè)系統(tǒng)誤差。

無(wú)磁溫控單元：利于超極化核自旋以及構(gòu)造原子磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行三維磁場(chǎng)測(cè)量。一般采用電流加熱的方式，會(huì)帶來(lái)額外磁場(chǎng)的干擾，需要采用高頻交流電、嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)空間布局等措施降低磁場(chǎng)影響。

光電元件：包括光學(xué)元件、光電檢測(cè)元件等，對(duì)驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)自旋系綜的光進(jìn)行精密調(diào)節(jié)與探測(cè)；

信號(hào)處理與控制單元：對(duì)系統(tǒng)中的光、磁、熱、電燈信號(hào)進(jìn)行綜合處理與控制，最終完成多種原子自旋系綜精密操控。

最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋權(quán)利要求保護(hù)范圍中。