CN105785456A - 一种微观磁共振探测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微观磁共振探测装置，包括时钟管理模块，波形播放管理模块，波形数据存储模块，总线控制模块，方波发生模块，任意波形发生模块，计数器模块以及时间数字转换模块。其中，本发明提供的微观磁共振探测装置中各模块均集成在单片FPGA中，集成度高，且能够对氮‑空穴(N‑V)色心进行高精度量子态操控和测量，同步性好、成本低。

Description

一种微观磁共振探测装置及方法

技术领域

本发明涉及探测技术领域，尤其涉及一种微观磁共振探测装置及方法。

背景技术

微观磁共振技术是一种对物质的结构和成分进行无损探测的技术。其中，金刚石中氮-空穴(N-V)色心凭借其电子自旋对微弱磁场的敏感性以及良好的光学极化和读出特性，使得基于金刚石中氮-空穴(N-V)色心的微观磁共振探测技术得到快速的发展。

目前，基于金刚石中氮-空穴(N-V)色心的微观磁共振探测技术，通常使用激光对氮-空穴(N-V)色心中的电子自旋进行量子态初态制备，接着利用微波脉冲对电子自旋量子态进行操控，最后利用光学读出方法对电子自旋的量子态进行测量，根据对荧光计数的统计以及荧光时间的测量得到自旋量子态信息。

发明人发现，上述探测过程中，需要采用独立的方波发生器、任意波形发生器(AWG)、计数器以及时间数字转换器(TDC)，且上位机通过控制方波发生器产生触发信号实现各器件的同步。即该探测系统的集成度低，同步性差且成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种微观磁共振探测装置，能够对氮-空穴(N-V)色心进行高精度量子态操控和测量，且该探测装置的集成度高、同步性好、成本低。

为实现上述目的，本发明提供了一种微观磁共振探测装置，基于对N-V色心进行量子态操控和测量，所述探测装置包括：

产生工作时钟信号的时钟管理模块；

接收上位机发送的控制指令信号的总线控制模块；

存储波形数据以及使能信号的波形数据存储模块；

与所述波形数据存储模块相连，将所述波形数据进行处理得到方波数据，以及发送所述使能信号的波形播放管理模块；

与所述波形播放管理模块相连，将所述波形播放管理模块产生的方波数据转换为预设方波信号的方波发生模块，所述预设方波信号用于调制微波信号以及对激光进行开关控制；

与所述波形数据存储模块以及所述波形播放管理模块相连，当接收到所述波形播放模块产生的使能信号时产生数字码型的任意波形发生模块；

将光信号转换为与所述工作时钟信号同步的第一信号，并对所述第一信号进行计数的计数器模块；

记录荧光信号的到达时间的时间数字转换模块。

优选的，所述波形播放管理模块包括：

将所述波形数据转换成所述方波数据的数据译码转换单元；

发送所述方波数据往所述方波发生模块的方波通道控制单元；

将所述使能信号转换为第一使能信号的计数器使能控制单元，所述第一使能信号用于使能所述计数器模块；

将所述使能信号转换为第二使能信号的任意波使能控制单元，所述第二使能信号用于使能所述任意波形发生模块；

接收所述总线控制模块的控制指令信号，控制多个所述方波通道控制单元播放波形的主控制单元。

优选的，所述计数器模块包括：

将所述光信号转换为与所述计数器模块的工作时钟同步的第一信号的同步单元；

在所述使能信号有效时，对所述第一信号进行计数的计数核心单元；

存储所述第一信号的计数值的计数值存储单元。

优选的，所述时间数字转换模块包括：

对所述工作时钟信号进行时间内插的延时链单元；

测量所述荧光信号的到达时间的粗计数单元；

将所述延时链单元输出的原始码型转换为预设编码值得译码器单元；

存储测量数据的数据存储单元；

将所述测量数据传输往所述总线控制模块的控制单元。

优选的，还包括：

与所述波形数据存储模块相连，用于存储任意波形信息的存储装置。

优选的，还包括：

与所述任意波形发生模块相连，接收所述任意波形发生模块产生的数字码型，并将所述数字码型转换成模拟任意波形的数模转换器。

优选的，还包括：

与所述方波发生模块相连，将所述方波发生模块产生的电平转化为预设电平的电平转换器。

优选的，还包括：

与所述计数器模块以及所述时间数字转换模块相连，将光信号转换为电信号的雪崩光电二极管。

优选的，还包括：

与所述数模转换器以及所述电平转换器相连，将所述模拟任意波形与所述方波转换成操控自旋量子态的微波信号的微波器件。

优选的，还包括：

与所述电平转换器相连，将所述方波转换成激光脉冲的激光器件，所述激光脉冲用于极化N-V色心。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种微观磁共振探测装置，包括：产生工作时钟信号的时钟管理模块；接收上位机发送的控制指令信号的总线控制模块；存储波形数据以及使能信号的波形数据存储模块；与所述波形数据存储模块相连，将所述波形数据进行处理得到方波数据，以及发送所述使能信号的波形播放管理模块；与所述波形播放管理模块相连，将所述波形播放管理模块产生的方波数据转换为预设方波信号的方波发生模块，所述预设方波信号用于调制微波信号以及对激光进行开关控制；与所述波形数据存储模块以及所述波形播放管理模块相连，当接收到所述波形播放模块产生的使能信号时产生数字码型的任意波形发生模块；将光信号转换为与所述工作时钟信号同步的第一信号，并对所述第一信号进行计数的计数器模块；记录荧光信号的到达时间的时间数字转换模块。

本发明提供的微观磁共振探测装置中各模块均集成在单片FPGA中，集成度高，且能够对氮-空穴(N-V)色心进行高精度量子态操控和测量，同步性好、成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一公开的一种微观磁共振探测装置的结构示意图；

图2本发明实施例一公开的一种波形管理播放模块的结构示意图；

图3本发明实施例一公开的一种计数器模块的结构示意图；

图4本发明实施例一公开的一种时间数字转换模块的结构示意图；

图5为本发明实施例一公开的又一种微观磁共振探测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：

N-V：Nitrogen-Vacancy，氮空穴

AWG：Arbitrary Waveform Generator，任意波形发生器

FPGA：Field-Programmable-Gate-Arrays，现场可编程门阵列

USB：Universal Serial Bus，通用串行总线

PC：Personal Computer，个人计算机

SRAM：Static Random Access Memory，静态随机存储器

DDR3：Double-Data-Rate Three Synchronous Dynamic Random AccessMemory，第三代双倍数据率同步动态随机存取存储器

ASIC：Application Specific Integrated Circuit，专用集成芯片

APD：Avalanche photodiode，雪崩光电二极管

TDC：Time-to-Digital Convertor，时间数字转换器

DAC：Digital-to-Analog Convertor，数模转换器

DTC：Digital-to-Time Convertor，数字时间转换器

CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体

I/O：Input/Output，输入/输出

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例一公开的一种微观磁共振探测装置，基于对N-V色心进行量子态操控和测量，该探测装置包括时钟管理模块101，总线控制模块102，波形数据存储模块103，波形播放管理模块104，方波发生模块105，任意波形发生模块106，计数器模块107以及时间数字转换模块108。

其中，时钟管理模块101用于产生工作时钟信号，总线控制模块102用于接收上位机发送的控制指令信号，波形数据存储模块103用于存储波形数据以及使能信号。波形播放管理模块104与所述波形数据存储模块103相连，将所述波形数据进行处理得到方波数据，以及发送所述使能信号。方波发生模块105与所述波形播放管理模块104相连，将所述波形播放管理模块104产生的方波数据转换为预设方波信号，具体的，所述预设方波信号用于调制微波信号以及对激光进行开关控制。任意波形发生模块106与所述波形数据存储模块103以及所述波形播放管理模块104相连，当接收到所述波形播放模块104产生的使能信号时产生数字码型。计数器模块107将光信号转换为与所述工作时钟信号同步的第一信号，并对所述第一信号进行计数。时间数字转换模块108用于记录荧光信号的到达时间。

具体的，其工作流程为：

S101：初始状态，此状态不进行任何操作，等候上位机发送指令，接收到上位机指令则进入步骤S102，反之留在步骤S101；

S102：收到指令后进入操作判断，如果判断指令出错则进入步骤S101，判断为波形数据或使能数据写入操作则进入步骤S103，判断为校验数据则进入步骤S104，判断为播放波形则进入步骤S105，判断为设置计数器累加次数则进入步骤S106，判断为TDC数据获取则进入步骤S107，判断为任意波数字码型写入则进入步骤S108；

S103：从上位机接收波形数据或计数器使能数据并写入到波形数据存储模块，结束后返回步骤S101；

S104：从波形数据存储模块读取波形数据或计数器使能数据并发送给上位机，结束后返回步骤S101；

S105：检查波形数据及计数器使能数据，若发现错误的数据(格式错误，延时长度不正确)则返回步骤S101，若正确则进入步骤S108；

S106：将下一个接收字节值的2倍作为计数器的累加次数，并存入相应寄存器，结束后返回步骤S101；

S107：读取TDC模块测量值并发送给上位机，结束后返回步骤S101；

S108：从上位机接收任意波数字码型数据并写入到波形数据存储模块，结束后返回步骤S101；

S109：判断TDC功能是否启用，是则进入步骤S112，否则进入步骤S110；

S110：波形播放状态，此时若接收到新的指令则返回步骤S102，若播放循环次数达到计数器累加次数则进入步骤S111，否则留在步骤S110；

S111：读取计数器所有累加计数值并上传至上位机，同时继续进行步骤S110；

S112：TDC进入使能状态，同时波形开始播放，此时若收到新指令，则返回步骤S102。

本实施例提供的微观磁共振探测装置中的时钟管理模块，波形播放管理模块，波形数据存储模块，总线控制模块，方波发生模块，任意波形发生模块，计数器模块以及时间数字转换模块均集成在单片FPGA中，集成度高，且能够对氮-空穴(N-V)色心进行高精度量子态操控和测量，同步性好、成本低。

在上述本发明提供的实施例的基础上，本实施例提供了一种波形播放管理模块的具体结构，如图2所示。该波形管理播放模块包括：数据译码转换单元1041，方波通道控制单元1042，计数器模块使能控制单元1043，任意波使能控制单元1044以及主控制单元1045。

其中，数据译码转换单元将波形数据转换成方波数据，方波通道控制单元发送方波数据往方波发生模块，计数器使能控制单元将使能信号转换为第一使能信号，该第一使能信号用于使能计数器模块；任意波使能控制单元将使能信号转换为第二使能信号，该第二使能信号用于使能任意波形发生模块，主控制单元接收总线控制模块的控制指令信号，控制多个方波通道控制单元播放波形。

具体的，时钟来自时钟管理模块；数据0至数据n为各方波通道控制单元的数据输入，计数器使能数据为计数器使能控制单元的数据输入，任意波使能数据为任意波使能控制单元的数据输入，数据都来自波形数据存储模块；地址信号控制波形播放时从波形数据存储模块读取数据的地址；控制信号来自总线控制模块，用于控制播放的起止；输出0至输出n为各方波通道译码转换后的数据输出，接着提供给高精度方波发生模块以产生高精度方波；计数器使能输出为提供给计数器模块的使能信号；计数器清零信号为提供给计数器模块的清零信号；任意波使能输出为提供给任意波形发生模块的使能信号。

各个方波通道控制单元在时钟驱动下从波形数据存储模块中读取数据，接着将数据通过数据译码转换单元转换后同时传输给高精度方波发生模块，从而输出同步程度极高的多通道方波。同时任意波使能控制单元与计数器使能控制单元也接受同一时钟的驱动，将使能数据转换为内部使能信号来分别使能任意波形发生模块与计数器模块。主控制单元给波形数据存储模块相应的地址信息，以便方波通道控制单元获取波形数据、任意波使能控制单元及计数器使能控制单元获取使能数据。此外主控制单元可以接收总线控制模块的控制信号，用于控制波形播放的起止。在接收开始播放信号后，主控制单元将给所有方波通道控制单元以及使能控制单元起始信号使波形开始播放，之后若未收到停止播放信号，该单元将持续地控制波形重复播放。

波形播放管理模块的重复功能是在所有方波通道控制单元以及使能控制单元的数据播放结束后，主控制单元将波形数据地址置0，接着给所有的方波通道控制单元及使能控制单元起始信号，使得波形重新开始播放。当播放次数达到用户设定的计数器累加次数时，在总线控制模块的控制下，计数器将累加后的计数值发送给总线控制模块，之后计数器使能单元给出清零信号用于将计数器模块中存储的计数值清零，与此同时方波以及使能信号重新开始播放。

这种结合内部使能与方波播放的方式，由于采用同一时钟驱动，可以使方波输出、任意波输出与计数器使能信号同步，在有效提高系统集成度的同时降低成本。

在上述本发明提供的实施例的基础上，本实施例提供了一种计数器模块的具体结构，如图3所示。该计数器模块包括同步单元1071，计数核心单元1072以及计数值存储单元1073。

其中，同步单元将所述光信号转换为与所述计数器模块的工作时钟同步的第一信号。计数核心单元在所述使能信号有效时，对所述第一信号进行计数。计数值存储单元用于存储所述第一信号的计数值。

具体的，同步单元用于将输入信号转换为与计数器模块时钟同步的信号，接着传输给计数核心单元；计数核心单元会在使能信号有效时在时钟信号的驱动下对同步单元输出的同步信号进行计数，在使能信号下降沿到达后与计数值存储单元中的对应计数值进行累加，接着存储于计数值存储单元；计数值存储单元受计数核心单元控制，在累加时将对应计数值发送给计数核心单元，接着接收并存储累加后的计数结果，在计数累加次数达到用户设定次数后，在总线控制模块的控制信号控制下将数据传送给总线控制模块再发送给上位机，之后在清零信号的控制下将计数值清零以开始新一轮的计数。

在上述本发明提供的实施例的基础上，本实施例提供了一种时间数字转换模块(TDC模块)的具体结构，如图4所示。包括延时链单元1081、粗计数单元1082、译码器单元1083、数据存储单元1084以及控制单元1085，该延时链单元1081用于对所述工作时钟信号进行时间内插。粗计数单元1082用于测量所述荧光信号的到达时间；译码器单元1083用于将所述延时链单元输出的原始码型转换为预设编码值；数据存储单元1084用于存储测量数据；控制单元1085用于将所述测量数据传输往所述总线控制模块。

具体的，本发明中TDC模块主要的功能是记录荧光信号的到达时间。本发明中的TDC模块，结合基于高速时钟计数法进行时间测量的方法，调用FPGA内部的高速进位链资源，形成延时链单元，用于对系统时钟进行时间内插，以提高时间测量的分辨率。其中，荧光输入信号送入进位链进行传输，并在时钟沿上升沿到来的时候记录下荧光信号的前沿在进位链中传输到的位置，根据当前信号位置可得出荧光信号的到达时间与时钟上升沿之间的时间差，再结合高速时钟的粗计数方法，可以得到高分辨率的时间测量。

测量得到的数据会存储于该模块的数据存储单元中，待总线控制模块通过控制信号要求传输时间测量数据时，存储的数据将发送至总线控制模块。

在上述本发明提供的实施例的基础上，任意波形发生模块的工作原理为：

任意波形发生模块用于将上位机下载的数字码型通过高速并串转换技术，将数字码型输出给高采样率的DAC以产生特定的模拟信号，即用户需要的任意波形，经过调制后可用于精确操控量子态。

在波形播放时，该模块在接收来自波形播放管理模块的使能信号后从波形数据存储模块读取一段特定长度的任意波数字码型，同时通过并串转换将数字码型高速输出给后端DAC以输出模拟信号，即用户需要的任意波形。在该段任意波数字码型播放结束后，该模块等待下一个使能信号。新的使能信号到来之后，该模块从波形数据存储模块接着读取新的一段特定长度的任意波数字码型，并通过并串转换将其输出。

在播放结束后，该模块将等待开始播放信号以重新播放，同时回到初始状态。

在未接收使能信号且前一段任意波数字码型输出结束后，该模块恒定输出零电平对应的数字码型。

在波形停止播放时，该模块恒定输出零电平对应的数字码型。

总线控制模块的工作原理为：

本发明中的总线控制模块，主要用于指令、地址的解析和数据的处理，包括控制命令、波形数据、任意波数字码型数据、各通道数据起止地址、内部使能数据以及计数器和TDC测量值的综合管理及传输。

当接收到通道写入命令、通道起止地址及通道数据或内部使能数据时，该模块将数据按顺序从地址0开始接收数据并将接收到的波形数据存入波形数据存储模块，当地址递增至停止地址后，该模块停止接收波形数据，并等待下一步命令。

当接收到任意波数字码型写入命令时，该模块将数据按顺序从地址0开始接收数字码型并将接收到的数字码型存入波形数据存储模块，当地址递增至停止地址后，该模块停止接收数字码型，并等待下一步命令。

当接收到播放命令时，该模块相应地给波形播放管理模块发送开始播放信号，使其开始进行波形播放。

当TDC未使能时，波形播放并重复用户设定的重复次数之后，该模块将命令计数器模块传输记录的计数值，然后将其发送给上位机。

当波形播放时若收到任意命令，该模块相应地给波形播放管理模块发送停止播放信号，使其停止波形播放。

当接收到设定计数器累加次数命令时，该模块将下一个接收到的字节数值的两倍作为计数器累加次数，这个重复次数指定了计数器数值的累加次数以及数据上传机制。

当接收到TDC数据获取命令时，总线控制模块将读取TDC模块测量值并上传。

除上述实施例外，如图5所示，本发明提供的微观磁共振探测装置除集成在FPGA内部的各个模块外，还设置有与FPGA配套的外围电路，如用于存储波形信息的存储装置，需要说明的是，该存储装置可以为DDR3内存201，也可以为DDR4内存，当然也可以为flash存储器等，即只要是能实现存储的装置即可，不限定其具体型号。除此，还包括数模转换器301，该数模转换器与所述任意波形发生模块相连，接收所述任意波形发生模块产生的数字码型，并将所述数字码型转换成模拟任意波形。还包括电平转换器401，该电平转换器与所述方波发生模块相连，将所述方波发生模块产生的电平转化为预设电平。还包括雪崩光电二极管701，该雪崩光电二极管与所述计数器模块以及所述时间数字转换模块相连，将光信号转换为电信号。还包括微波器件501以及激光器件601，其中，微波器件与所述数模转换器以及所述电平转换器相连，将所述模拟任意波形与所述方波转换成操控自旋量子态的微波信号。激光器件与所述电平转换器相连，将所述方波转换成激光脉冲，所述激光脉冲用于极化N-V色心。

其工作原理为：

时钟管理模块接收输入时钟，并生成设备内部各模块所需的工作时钟，各模块间的时钟完全同步；总线控制模块负责上位机与设备之间的通信，实时解析并处理上位机发送至设备的指令；波形数据存储模块集成于FPGA内部，通过调用FPGA内部的存储资源实现，结合DDR3内存提供的存储空间，可用于批量实时存储方波波形数据、任意波数字码型数据及内部使能数据；波形播放管理模块负责在波形播放时，实时从波形数据存储模块中读取波形数据，进行波形数据的解析和译码，将解析后的波形数据传输至高精度方波发生模块并实现方波输出，同时读取波形数据存储模块中任意波形发生模块与计数器模块的使能数据，接着在预定时刻使能任意波形发生模块与计数器模块；高精度方波发生模块负责将波形播放管理模块解析出的方波波形数据，通过高速并串转换单元和延时链单元转化为高时间分辨率的波形信号；任意波形发生模块在接收波形播放管理模块的使能信号后，从波形数据存储模块中读取数字码型接着通过并串转换高速输出至DAC以产生模拟输出即任意波形；计数器模块在其被使能时，负责对APD输入的信号进行计数，在使能信号结束后停止计数并保存计数值，并具备累加功能；TDC模块用于测量光子信号到达的准确时间，在接受总线控制模块的使能信号后，TDC模块接收一个基准信号作为0时刻，接着测量之后光子的到达时间，最后通过总线控制模块将记录的时间信息发送至PC端。

综上所述：本发明提供了一种微观磁共振探测装置，包括时钟管理模块，波形播放管理模块，波形数据存储模块，总线控制模块，方波发生模块，任意波形发生模块，计数器模块以及时间数字转换模块，其中，本发明提供的微观磁共振探测装置中各模块均集成在单片FPGA中，集成度高，且能够对氮-空穴(N-V)色心进行高精度量子态操控和测量，同步性好、成本低。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种微观磁共振探测装置，基于对N-V色心进行量子态操控和测量，其特征在于，所述探测装置包括：

产生工作时钟信号的时钟管理模块；

接收上位机发送的控制指令信号的总线控制模块；

存储波形数据以及使能信号的波形数据存储模块；

与所述波形数据存储模块相连，将所述波形数据进行处理得到方波数据，以及发送所述使能信号的波形播放管理模块；

与所述波形播放管理模块相连，将所述波形播放管理模块产生的方波数据转换为预设方波信号的方波发生模块，所述预设方波信号用于调制微波信号以及对激光进行开关控制；

与所述波形数据存储模块以及所述波形播放管理模块相连，当接收到所述波形播放模块产生的使能信号时产生数字码型的任意波形发生模块；

将光信号转换为与所述工作时钟信号同步的第一信号，并对所述第一信号进行计数的计数器模块；

记录荧光信号的到达时间的时间数字转换模块。

2.根据权利要求1所述的微观磁共振探测装置，其特征在于，所述波形播放管理模块包括：

将所述波形数据转换成所述方波数据的数据译码转换单元；

发送所述方波数据往所述方波发生模块的方波通道控制单元；

将所述使能信号转换为第一使能信号的计数器使能控制单元，所述第一使能信号用于使能所述计数器模块；

将所述使能信号转换为第二使能信号的任意波使能控制单元，所述第二使能信号用于使能所述任意波形发生模块；

接收所述总线控制模块的控制指令信号，控制多个所述方波通道控制单元播放波形的主控制单元。

3.根据权利要求1所述的微观磁共振探测装置，其特征在于，所述计数器模块包括：

将所述光信号转换为与所述计数器模块的工作时钟同步的第一信号的同步单元；

在所述使能信号有效时，对所述第一信号进行计数的计数核心单元；

存储所述第一信号的计数值的计数值存储单元。

4.根据权利要求1所述的微观磁共振探测装置，其特征在于，所述时间数字转换模块包括：

对所述工作时钟信号进行时间内插的延时链单元；

测量所述荧光信号的到达时间的粗计数单元；

将所述延时链单元输出的原始码型转换为预设编码值的译码器单元；

存储测量数据的数据存储单元；

将所述测量数据传输往所述总线控制模块的控制单元。

5.根据权利要求1所述的微观磁共振探测装置，其特征在于，还包括：

与所述波形数据存储模块相连，用于存储任意波形信息的存储装置。

6.根据权利要求1所述的微观磁共振探测装置，其特征在于，还包括：

与所述任意波形发生模块相连，接收所述任意波形发生模块产生的数字码型，并将所述数字码型转换成模拟任意波形的数模转换器。

7.根据权利要求6所述的微观磁共振探测装置，其特征在于，还包括：

与所述方波发生模块相连，将所述方波发生模块产生的电平转化为预设电平的电平转换器。

8.根据权利要求1所述的微观磁共振探测装置，其特征在于，还包括：

与所述计数器模块以及所述时间数字转换模块相连，将光信号转换为电信号的雪崩光电二极管。

9.根据权利要求7所述的微观磁共振探测装置，其特征在于，还包括：

与所述数模转换器以及所述电平转换器相连，将所述模拟任意波形与所述方波转换成操控自旋量子态的微波信号的微波器件。

10.根据权利要求7所述的微观磁共振探测装置，其特征在于，还包括：

与所述电平转换器相连，将所述方波转换成激光脉冲的激光器件，所述激光脉冲用于极化N-V色心。