阅读说明：本技术 一种近场磁场探测的探针 (Probe for near-field magnetic field detection ) 是由 不公告发明人 于 2020-04-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种近场磁场探测的探针,该探针包括光纤、光纤头、贵金属包覆层、金刚石颗粒,金刚石颗粒中含有氮-空位色心。通过光纤输入预定波长的激发光,激发光照射金刚石颗粒中的氮-空位色心,发射荧光,通过光纤接收荧光；同时,给金刚石颗粒施加预设频率范围的微波扫描信号。在微波和样品表面的磁场共同作用下,氮-空位色心能级分裂,通过测量荧光强度与微波频率之间的关系,确定样品表面的磁场。因为本发明将难以操控的光路部分设置于光纤内,使得整个探测系统结构紧凑,更方便应用。此外,该探针还可以用以近场光场、样品形貌的原位测量,所以,该探针可以实现原位的磁场、光场、形貌探测,满足更广泛科学研究的需要。(The invention provides a probe for near-field magnetic field detection, which comprises an optical fiber, an optical fiber head, a noble metal coating layer and diamond particles, wherein the diamond particles contain nitrogen-vacancy color centers. Inputting exciting light with a preset wavelength through an optical fiber, wherein the exciting light irradiates nitrogen-vacancy color centers in the diamond particles, emits fluorescence, and receives the fluorescence through the optical fiber; meanwhile, a microwave scanning signal of a predetermined frequency range is applied to the diamond particles. Under the combined action of the microwave and the magnetic field on the surface of the sample, the nitrogen-vacancy color center level is split, and the magnetic field on the surface of the sample is determined by measuring the relation between the fluorescence intensity and the microwave frequency. Because the invention arranges the light path part which is difficult to control in the optical fiber, the whole detection system has compact structure and is more convenient to use. In addition, the probe can be used for in-situ measurement of a near-field light field and the appearance of a sample, so that the probe can realize in-situ detection of the magnetic field, the light field and the appearance, and meet the requirements of more extensive scientific research.)

一种近场磁场探测的探针

技术领域

本发明涉及磁场探测领域，具体涉及一种近场磁场探测的探测。

背景技术

近场磁场探测对于磁存储、研究材料的磁学特性具有重要意义。

相比于传统的磁共振力显微镜，发明专利申请CN109765508A提出一种测量磁场强度的设备，探针部分包括具有尖端的悬臂，尖端为具有氮空位缺陷的金刚石尖端，悬臂为同轴微波天线，来自微波功率源的微波经由同轴微波天线被供应到金刚石尖端。检测时，将激发光施加到尖端，检测所述尖端发射的荧光，基于所检测到的荧光及微波的频率，获得物质表面的磁场强度。该发明将易于操控的微波通过同轴微波天线输送到金刚石尖端；而将不易操控的激发光和荧光设置于外光路，操作不便。另外，虽然该发明能够同时测量样品的形貌和样品表面的磁场，但是不能够原位测量样品处的光场。因为很多磁效应和光是分不开的，例如光磁效应，所以该发明使用不便。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种近场磁场探测的探针，该探针包括光纤、光纤头、贵金属包覆层、金刚石颗粒；光纤的一端连接光源，光纤的另一端连接光纤头；光纤头为弯曲状，并且光纤头的截面尺寸逐渐减小；光纤头的末端的侧面上设有贵金属包覆层；在光纤头的末端端面设有金刚石颗粒，金刚石颗粒内设有氮-空位色心。

更进一步地，光纤头的末端端面为圆形，圆形的直径大于100纳米、小于1微米。

更进一步地，金刚石颗粒的底面尺寸小于光纤头末端端面的尺寸。

更进一步地，贵金属包覆层为金材料。

更进一步地，金刚石颗粒的个数为1个。

更进一步地，金刚石颗粒为尖锥状，在尖锥的顶部设有氮-空位色心。

更进一步地，贵金属包覆层还包覆金刚石颗粒的底部。

本发明的有益效果：本发明提供了一种近场磁场探测的探针，在应用该探针测量样品表面的磁场时，通过光纤输入预定波长的激发光，激发光照射金刚石颗粒，金刚石颗粒中的氮-空位色心受激发射荧光，通过光纤接收荧光或通过外光路接收荧光；同时，给金刚石颗粒施加预设频率范围的微波扫描信号。在微波和样品表面的磁场共同作用下，氮-空位色心能级分裂，通过测量荧光强度与微波频率之间的关系，确定样品表面的磁场。因为本发明将难以操控的光路部分设置于光纤内，使得整个探测系统结构紧凑，更方便应用。因为金刚石颗粒的透光性，该探针还可以作为近场光学探针，探测样品表面的光场。金刚石颗粒还可以作为原子力探针，探测样品表面的形貌。所以，该探针可以实现原位的磁场、光场、形貌探测，满足更广泛科学研究的需要。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是近场磁场探测的探针的示意图。

图2是又一种近场磁场探测的探针的示意图。

图中：1、光纤；2、光纤头；3、贵金属包覆层；4、金刚石颗粒。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种近场磁场探测的探针，如图1所示，该近场磁场探针的探针包括光纤1、光纤头2、贵金属包覆层3、金刚石颗粒4。光纤1的一端连接光源，通过光源输入预设波长的激发光。激发光的波长为532纳米。光纤1的另一端连接光纤头2；在实际制造中，可以采用烧蚀、拉锥等机械的方式制作光纤头2。光纤头2为弯曲状，并且光纤头2的截面尺寸逐渐减小，形成弯曲的锥状；在光纤头2的末端的侧面上设有贵金属包覆层3。优选地，贵金属包覆层3的材料为金。优选地，贵金属包覆层3的厚度大于10纳米、小于200纳米，既要保证贵金属包覆层3对光纤头2末端光的会聚作用，又要减轻光纤头2的重量，减少由于光纤头2太重对其本身的伤害。在光纤头2的末端端面设有金刚石颗粒4，金刚石颗粒4内设有氮-空位色心。以上探针的制作方法是先制备普通近场光学探针，也就是不含金刚石颗粒4部分，然后在普通近场光学探针的光纤头2末端设置金刚石颗粒4。

在应用该探针测量样品表面的磁场时，通过光纤1输入预定波长的激发光，激发光照射金刚石颗粒4，金刚石颗粒4中的氮-空位色心受激发射荧光，通过光纤1接收荧光或通过外光路接收荧光。同时，给金刚石颗粒4施加预设频率范围的微波扫描信号。在实际应用中，可以通过外设的微波导线将微波输送至金刚石颗粒4附近。微波扫描信号的频率范围为2.8GHz-2.94GHz。在微波和样品表面的磁场共同作用下，氮-空位色心能级分裂，通过测量荧光强度与微波频率之间的关系，确定样品表面的磁场。因为本发明可以将难以操控的光路部分设置于光纤1内，使得整个探测系统结构紧凑，更方便应用。因为金刚石颗粒4的透光性，该探针还可以作为近场光学探针，探测样品表面的光场。金刚石颗粒4还可以作为原子力探针，探测样品表面的形貌。所以，该探针可以实现原位的磁场、光场、形貌探测，满足更广泛科学研究的需要。在测量中，光纤1及探针的操纵方式与普通近场光学显微镜类似，在此不做累述。

更进一步地，光纤头2的末端端面为圆形，圆形的直径大于100纳米、小于1微米，以便于更好地聚集激发光，实现更高的空间分辨率。

更进一步地，金刚石颗粒4的个数为1个，金刚石颗粒4的底面尺寸小于光纤头2末端端面的尺寸。一方面，以便于金刚石颗粒4更好地连接在光纤头2上；另一方面，当该探针用于探测近场光场时，样品表面的光场耦合进入金刚石颗粒4，由于金刚石颗粒4的底面尺寸小于光纤头2末端端面的尺寸，将有更多的光经由金刚石颗粒4耦合进入光纤头2，提高了探测灵敏度。

更进一步地，金刚石颗粒4为尖锥状，在尖锥的顶部设有氮-空位色心，因为发光部位的尺寸减小，所以提高了探测的空间分辨率。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，贵金属包覆层3还包覆金刚石颗粒4的底部。如此一来，不仅能通过贵金属包覆层3对激发光的束缚作用，将更多的激发光聚集在金刚石颗粒4的尖端，也就是含有氮-空位色心的部位，减少了金刚石颗粒4对激发光的散射；而且在接收荧光信号时，如果不被贵金属包覆层3包覆，金刚石颗粒4同样会对荧光信号散射，降低了所接收到的荧光信号强度。制作该探针的步骤为，首先制作弯曲的拉锥光纤，在光纤1的头部形成弯曲的光纤头2；然后，在光纤头上设置含有氮-空手色心的金刚石颗粒4；然后在光纤头2末端覆盖贵金属层，贵金属层包覆光纤头2的末端和金刚石颗粒4的底部。此外，金刚石颗粒4的尖端附近还可以设有小尺寸贵金属颗粒，该小尺寸贵金属颗粒不处于尖端的正上方，而是处于尖端与底部之间的斜面上、更靠近尖端的部位。小尺寸贵金属颗粒的尺度在1纳米-10纳米范围。如此一来，能够在金刚石颗粒4的尖端附近聚集更强的光场，从而激发更强的荧光。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。