CN113636547A - 一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备的金刚石nv色心、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备的金刚石NV色心、制备方法及其应用，属于飞秒激光加工技术领域，通过利用空间光调制技术调制后的飞秒激光，在金刚石内部诱导局部改性产生空位，之后对样品进行退火，最终得到金刚石内部单个的NV色心；主要原理是对激光焦点相位进行预补偿，利用算法校正激光焦点由于折射率失匹而产生的像差，恢复由于像差被拉伸的激光焦点形貌、避免光斑被拉伸，使激光在金刚石内部大深度下仍然保持焦点能量密度集中，在样品退火后得到大深度下、高稳定性、高产率、窄光学线宽的金刚石内部单NV色心。

Description

一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备的金刚石NV色 心、制备方法及其应用

技术领域

本发明属于飞秒激光加工技术领域，具体涉及利用空间光调制技术校正后的飞秒激光在金刚石样品中制备大深度下高产率、高稳定性、窄光学线宽的金刚石NV色心、制备方法及其应用。

背景技术

NV色心，也称为氮-空位色心，是金刚石中由氮原子和碳空位结合而成的一种常见的点缺陷。NV色心在室温下性质稳定、荧光量子产率很高，是一种优良的单光子源，目前已经被广泛应用于量子计算、量子传感、量子信息等前沿领域。近年来NV色心的制备方法也受到了越来越多的关注。现有的NV色心制备方法有CVD生长法、离子注入法、电子束辐照法、激光直写法。CVD生长法是在生长金刚石的过程中掺入杂质元素(如氮元素)，在晶体生长过程中制备NV色心，而离子注入、电子束辐照法是将加速后的高能粒子注入目标材料，经过退火后产生NV色心。激光直写法则是利用激光与材料的高度非线性作用，在激光焦点处引入空位团后，经过退火后产生色心。但是由于金刚石材料具有较高的折射率，激光在入射到金刚石内部时会产生严重的像差，破坏焦点能量密度。可以看出，现有方法制备金刚石内部NV色心，面临着高成本、操作复杂、定位精度受限、制备过程复杂等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的方法及其应用。通过利用空间光调制技术调制后的飞秒激光，在金刚石内部诱导局部改性产生空位，之后对样品进行退火，最终得到金刚石内部单个的NV色心。实验中基于牛津大学M.J.Booth教授课题组提出的球差校正算法，将光线的光程差认为是光线从物镜射出时的角度分布的函数，抵消激光入射到介质界面处产生的像差所需的补偿函数为：

公式中λ是所用激光的波长，d_nom是在样品内聚焦的标称深度，s是补偿因子，ρ是归一化的入瞳半径，NA为物镜的数值孔径，n₁和n₂为激光入射到界面处时两侧的介质(镜油和金刚石)折射率。飞秒激光在金刚石内部实际聚焦深度为d_act＝d_nom/s。其主要原理是对激光焦点相位进行预补偿，利用算法校正激光焦点由于折射率失匹而产生的像差，恢复由于像差被拉伸的激光焦点形貌、避免光斑被拉伸，使激光在金刚石内部大深度下仍然保持焦点能量密度集中，在样品退火后得到大深度下、高稳定性、高产率、窄光学线宽的金刚石内部单NV色心。

本发明通过如下技术方案实现：

一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的方法，具体步骤如下：

(1)金刚石样品的制备；

具体步骤为：首先，利用丙酮、乙醇、去离子水对待激光直写的CVD金刚石依次进行超声清洗，时间各15min；然后将其用镊子取出晾干；之后将CVD金刚石正面朝上用万能胶固定在载玻片上；

(2)飞秒激光直写；

具体步骤为：加工时首先将步骤(1)制备的金刚石样品固定在加工物镜下的三维压电平台上；在空间光调制器上加载预先设计好的全息图；然后滴涂镜油，在CCD相机视野范围下找到样品表面，调整压电平台高度使得激光焦点深入样品内部特定深度；确定样品待加工位置后，在计算机控制下飞秒激光按照事先编写的加工程序对样品进行直写；激光直写完成后将样品取下，依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，晾干；

(3)金刚石样品退火；

具体步骤为：将步骤(2)得到的金刚石样品放入高温退火炉中，按照退火曲线设置升温、降温温度梯度、恒温温度及各阶段的持续时间；退火结束后将样品取出，放入混合酸溶液中进行加热，去除可能产生的石墨层；最后将样品取出，用去离子水冲洗三次，于空气中室温晾干。

进一步地，步骤(1)所述的CVD金刚石边长为2mm，厚度为500μm，氮杂质含量2-5ppb，样品上下表面事先经过抛光。

进一步地，步骤(2)所述的预先设计好的全息图为：利用MATLAB软件，首先计算补偿因子s，

其中

为球差相位；

为离焦相位；λ为所使用的飞秒激光波长，ρ为归一化后的入瞳半径，d_nom为飞秒激光聚焦到样品内的深度；n₁和n₂分别为飞秒激光入射到镜油和金刚石界面处时界面两侧的介质折射率，NA为物镜的数值孔径；之后将补偿因子s代入公式

得到相位补偿函数。利用MATLAB软件将相位信息保存成图片文件，最终得到校正像差所需的全息图。

进一步地，步骤(2)中的激光光路为：首先，飞秒激光经过半波片、格兰棱镜，二者配合调整激光功率；之后激光通过BBO晶体进行倍频；然后经反射镜和透镜组改变传播方向；通过空间光调制器表面反射进行光束整形，校正后的激光光斑被拉伸的程度显著减小；然后激光依次经过4f系统、反射镜及物镜后被聚焦到样品待加工区域，其中，样品的三维运动由三维压电平台精密控制；最后，在样品正下方使用照明光源照明，透过样品的照明光经过物镜后进入CCD相机，通过CCD相机呈现在计算机中的画面观察实时的加工效果，实现对整个激光直写过程的实时监测。

进一步地，激光器出射的飞秒激光波长λ为1030nm，经过BBO晶体倍频后为515nm，重复频率200-1000kHz，脉冲宽度239fs，使用50-100倍物镜聚焦，其数值孔径NA为0.75-1.25，镜油折射率n₁为1.3-1.5，金刚石折射率n2为2.42；飞秒激光聚焦到样品内的深度d_nom为5-50μm；全息图设计中归一化的入瞳半径ρ范围为0-1，角度θ范围为0-2π；采用的激光功率为1-5mW，点间距为5-10μm，单点曝光时间为10-20ms，单个点阵列扫描过程耗时5-10min；加工完成后超声清洗时间为15-30min，再将样品晾干5-10min。

进一步地，步骤(3)中所使用的退火升温、降温梯度为200-500℃/h，升温、降温过程持续时间为5-10h，恒温温度800-1000℃，恒温时间为5-10h；所述的混合酸溶液为浓硫酸与浓硝酸的混合溶液，二者体积比为8∶1-10∶1，其中浓硫酸的质量分数为60％-98％，浓硝酸的质量分数为50％-68％，混合酸溶液的使用量为10-50ml，水热反应烘箱设置的加热温度为80-120℃，加热时间5-8h；样品经混合酸溶液处理后清洗所使用的去离子水体积为20-50ml，清洗时间10-20min，样品晾干时长为10-20min。

本发明的另一目的是还提供了一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备的金刚石NV色心在制备量子光学器件方面的应用，由于利用空间光调制技术辅助激光直写制备的大深度下的金刚石NV色心具有高稳定性、长相干时间和窄光学线宽，可作为高质量的单光子源，应用于量子光学器件制备。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)空间光调制技术辅助激光直写制备的金刚石NV色心的空间定位精度高，制备流程简便，制备得到的NV色心具有优良特性和高产率；

(2)空间光调制技术辅助激光直写制备的金刚石NV色心可作为单光子源，其发射出的单光子可被应用于量子传感、量子计算、量子信息等前沿科学领域；制备得到的NV色心后期可与金刚石波导、透镜或其他微纳光学器件进行集成，制备携带轨道角动量的单光子源、提高色心的荧光收集效率等，实现基于单光子源的量子光学器件的制备；

(3)空间光调制技术辅助激光直写制备的金刚石NV色心具有操作简便、无掩模、低成本、大纵深、定位精度高的优点，制备方法可推广到其他金刚石内点缺陷的激光直写过程，以及其他晶体材料内多种类色心的激光直写过程，适合工业化应用。

附图说明

图1为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的激光加工光路示意图；

图2为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的像差校正前后的不同深度下的光斑形貌模拟图，其中：a为像差校正前，b为像差校正后；

图3为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的像差校正前后不同深度下直线加工截面轮廓图，其中：a为像差校正前，b为像差校正后；

图4为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的共聚焦荧光扫描图，其中圆圈圈出的亮点为单NV色心；

图5为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的光学可探测磁共振谱线；

图6为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的二阶关联函数测试曲线；

图7为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的产率随激光加工参数变化柱状图；

图8为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的自建的荧光共聚焦测试系统；

图9为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的100次二阶自相关函数测试结果；

图10为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的长时间光子计数曲线；

图11为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的退相干时间测试序列；

图12为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的10个单色心的退相干时间测试结果；

图13为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的低温共振激发线宽测试序列；

图14为本发明的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的多次低温共振激发线宽测试结果。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心。

利用空间光调制器反射倍频后的飞秒激光进行像差校正后，将激光直写后的金刚石样品放入高温退火炉中按照一定的温度梯度与时长进行退火，之后将样品放入配制好的混合酸溶液，在水热反应烘箱中进行加热，之后将金刚石样品取出彻底清洗，最终得到金刚石内部的单NV色心。

空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的方法，具体步骤如下：

(1)金刚石样品的制备：购买所得的双面抛光过的商用CVD金刚石边长2mm，厚度500μm，氮杂质含量为5ppb；利用丙酮、乙醇、去离子水对待激光直写的CVD金刚石样品依次进行超声清洗，时间各15min；然后将其用镊子取出晾干；之后将CVD金刚石正面朝上用万能胶固定在载玻片上；

(2)飞秒激光直写：首先利用MATLAB软件，首先计算补偿因子s，

其中

为球差相位；

为离焦相位；λ为所使用的飞秒激光波长515nm，ρ为归一化后的入瞳半径0-1，θ范围为0-2π，d_nom为飞秒激光聚焦到样品内的深度10、20、50μm；n₁和n₂为飞秒激光入射到界面处时界面两侧的镜油和金刚石的折射率1.5和2.42，NA为物镜的数值孔径1.25。之后将补偿因子s代入公式

得到不同深度下的相位补偿函数。利用MATLAB软件将相位信息保存成图片文件，最终得到校正像差所需的不同深度下的全息图。加工时首先将制备的金刚石样品固定在物镜下的三维压电平台上；激光器出射的波长λ为1030nm的激光经过半波片和格兰棱镜调整功率后，经过BBO晶体倍频为515nm波长的激光；在空间光调制器上加载预先设计好的全息图，空间调制器面板通过反射对入射激光相位进行调制；调制后的激光依次经过4f系统、反射镜进入物镜，样品表面滴涂镜油后在CCD相机视野范围下找到样品表面，样品三维空间的位置由三维压电平台精确控制；调整压电平台高度使得激光焦点深入样品内部深度d_nom为10、20、50μm；确定样品待加工位置后,在计算机控制下飞秒激光按照事先编写的加工程序对样品进行直写；激光重复频率200kHz，脉冲宽度239fs，实验中使用100倍物镜聚焦；激光功率为1mW，点间距为5μm，单点曝光时间为10ms，单个点阵列扫描过程耗时5min；通过CCD相机观察实时加工情况；激光直写完成后将样品取下，依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗15min，晾干10min；

(3)金刚石样品退火：将直写后的金刚石样品放入高温退火炉中，设置升温、降温温度梯度为500℃/h，恒温温度为1000℃，升温、降温过程持续时间分别为5h，恒温时间为5h；退火结束后将样品取出，放入混合酸溶液中进行加热去除可能产生的石墨层，混合酸溶液为浓硫酸与浓硝酸的混合溶液，二者体积比为8∶1，其中浓硫酸的质量分数为98％，浓硝酸的质量分数为68％，混合酸溶液的使用量为10ml，水热反应烘箱设置的加热温度为80℃，加热时间8h；最后将样品取出，用去离子水冲洗三次，所使用的去离子水体积为50ml，清洗时间20min，于空气中室温晾干10min。

由图1可知，飞秒激光由激光器出射后由半波片、格兰棱镜组合调整功率、经过BBO晶体后发生倍频；入射激光在空间光调制器面板发生反射、相位被调制；三维压电平台控制样品在三维空间精确位移；激光由物镜聚焦后，压电平台在竖直方向移动使激光聚焦到样品内部；激光按照预先程序设定对样品进行直写，照明光源和CCD相机对待加工金刚石样品进行照明及实时观察。

由图2、3可知，经过空间光调制算法校正相位的激光光斑在入射到金刚石中时，光斑在不同深度下都保持了良好的焦点能量密度分布，这使得激光光斑能量较为集中、可以实现原子级别的材料改性。通过观察金刚石内部不同深度下制备的直线端面光学照片，可以看出由于像差的影响被拉长的激光焦点尺寸有很大程度的减小、利用算法校正激光焦点相位后的实际加工效果有明显改善。

由图4可知，激光直写并退火后，样品内在约30μm²的范围内产生了多个荧光亮点(由圆圈表示)。

由图5可知，在施加变频率微波以及激发光的条件下，图4中的荧光亮点显示出荧光对比度的变化，这种现象对应于NV色心特殊的能级结构，证明图4中圆圈标示的荧光亮点为NV色心。

由图6可知，图4中圆圈标示的NV色心显示出反聚束现象，证明其为单个的NV色心，可作为单光子源。

由图7可知，随着激光加工参数的变化，单NV色心的产率有明显变化。当单脉冲能量为5.9nJ、脉冲数为10时，单NV的产率最高，达到50％。

实施例2

本发明的实施例还提供了一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备的金刚石NV色心在制备量子光学器件方面的应用。

实施例1中制备的NV色心由于经过光子相关性测试显示出了反聚束现象，证明其为单个的NV色心，其在受到激发光激发时一次激发-退激发过程只发射一个光子，因此可作为单光子源。理想的单光子源往往需要满足室温下具有稳定性、长相干时间、接近激发态寿命的窄光学线宽几个要求。NV色心的基态电子在激发光的照射下被激发发生跃迁、辐射荧光，多次发生“激发-发射”过程，产生的光子在退相干时间内将保持良好的相干性质。在合适的激光加工参数下、配合空间光调制技术，飞秒激光与金刚石晶格将发生高度的非线性作用，使得激光作用区域被局限于很小的体积内，对晶格发生原子级的改性，在退火后形成NV色心。这种非线性作用保持了制备的色心周围晶格的纯净、较少的缺陷态，使得色心具有接近激发态寿命限制的光学线宽。因此本发明可应用于利用空间光调制技术辅助激光直写实现金刚石内大深度下具有长相干时间、窄线宽、高稳定性单光子源的制备。可通过如下介绍的稳定性测试、退相干时间测试、低温共振激发线宽测试来证实利用空间光调制技术辅助激光直写制备的金刚石NV色心可作为高质量的单光子源。

步骤(1)、(2)、(3)同实施例1。

单光子特性稳定性测试：经过步骤(1)、(2)、(3)得到了内部含有单NV色心的金刚石样品，将该样品用万能胶平整地固定在载玻片上，然后整体放置在自行搭建的共聚焦荧光测试光路中。NV色心被波长为532nm的激光激发，利用光纤分束器和雪崩光电二极管收集产生的光子，并利用TCSPC计数卡进行符合计数。通过计算机程序控制样品与激发光的相对运动，利用逐点扫描计数的方式绘制荧光扫描图像，并对其中的高荧光强度亮点逐一进行光子相关性测试。重复以上步骤，得到多次的g²(τ)函数值测试结果。

由图8、9可知，半导体激光器发出的连续激光经过小孔滤去光斑周围毛刺后，经过干涉滤光片滤去激光光束中其他不需要的杂散光，之后通过线偏振片改变激光偏振,声光调制器控制激光的通断。分束器(BS)使得照明光和激光可以从同一路径到达物镜。物镜会聚激发光到三维压电平台上的样品处，并收集色心被激发产生的荧光。产生的荧光光子穿过二向色镜后被反射镜改变传播方向，进入由两个透镜、一个小孔组成的共聚焦部分进行空间滤波，之后进入雪崩光电二极管并由TCSPC计数卡进行计数。微波由微波发生器产生并由微波天线施加到样品上，声光调制器控制微波的通断。由计算机整体控制声光调制器、微波发生器、三维压电平台、CCD以及TCSPC计数卡的协同运作。利用TCSPC计数卡对色心经激发产生的荧光光子进行符合计数，并重复多次，计算后得到多次的g²(τ)函数值。100次的g²(τ)函数值曲线显示了制备得到的单色心保持了良好的单光子特性。

荧光稳定性测试：经过步骤(1)、(2)、(3)得到了固定在载玻片上的、放置在自行搭建的共聚焦荧光测试光路中的含单色心的金刚石样品。利用激发光对NV色心进行长时间激发，同时利用雪崩光电二极管和TCSPC计数卡持续收集光子计数，得到长时间的荧光计数曲线。

由图10可知，利用雪崩光电二极管及TCSPC计数卡对单色心的荧光计数进行长时间收集(约1小时)，单色心的荧光计数保持了良好的稳定性，证明了单色心的稳定荧光发射，没有荧光淬灭或闪烁的不良现象发生。

退相干时间测试：经过步骤(1)、(2)、(3)得到了固定在载玻片上的、放置在自行搭建的共聚焦荧光测试光路中的含单色心的金刚石样品。利用直径为20μm的铜线作为微波天线，将铜线靠近金刚石样品，同时打开激光，利用声光调制器按照特定序列控制激光与微波的通断，实现色心自旋态的操控。通过布居度读出相干信息。

由图11、12可知，利用声光调制器控制特定的激光与微波序列产生并施加到单色心，可以测试单色心的退相干时间。退相干时间越长代表量子系统抵抗外界相互作用带来的退相干效应的能力越强。对于制备的10个单色心进行的退相干时间测试结果显示，退相干时间均在400μs左右，展示了制备得到的单色心保持了长时间的相干性。

低温共振激发线宽测试：经过步骤(1)、(2)、(3)得到了固定在载玻片上的、放置在自行搭建的共聚焦荧光测试光路中的含单色心的金刚石样品。将样品放入低温腔室置于共聚焦荧光光路中，调节低温腔温度至小于10K。此时利用变波长激光器对单色心进行共振激发，同时施加微波，并利用雪崩光电二极管和TCSPC计数卡收集光子计数。

由图13、14可知，将样品放入低温腔室，利用声光调制器控制特定的激光与微波序列产生并施加到单色心，可以测试单色心的低温下光学线宽。对于制备得到的同一单色心重复测试了十次线宽数值，色心的线宽数值均小于30MHz，显示了与天然NV色心线宽数值接近的结果，证明了此制备方法制备的单色心具有优秀的相干性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)金刚石样品的制备；

具体步骤为：首先，利用丙酮、乙醇、去离子水对待激光直写的CVD金刚石依次进行超声清洗，时间各15min；然后将其用镊子取出晾干；之后将CVD金刚石正面朝上用万能胶固定在载玻片上；

(2)飞秒激光直写；

具体步骤为：加工时首先将步骤(1)制备的金刚石样品固定在加工物镜下的三维压电平台上；在空间光调制器上加载预先设计好的全息图；然后滴涂镜油，在CCD相机视野范围下找到样品表面，调整压电平台高度使得激光焦点深入样品内部特定深度；确定样品待加工位置后,在计算机控制下飞秒激光按照事先编写的加工程序对样品进行直写；激光直写完成后将样品取下，依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，晾干；

(3)金刚石样品退火；

具体步骤为：将步骤(2)得到的金刚石样品放入高温退火炉中，按照退火曲线设置升温、降温温度梯度、恒温温度及各阶段的持续时间；退火结束后将样品取出，放入混合酸溶液中进行加热，去除可能产生的石墨层；最后将样品取出，用去离子水冲洗三次，于空气中室温晾干。

2.如权利要求1所述的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的方法，其特征在于，步骤(1)所述的CVD金刚石边长为2mm，厚度为500μm，氮杂质含量2-5ppb，样品上下表面事先经过抛光。

3.如权利要求1所述的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的方法，其特征在于，步骤(2)所述的预先设计好的全息图为：利用MATLAB软件，首先计算补偿因子s，

其中

为球差相位；

为离焦相位；λ为所使用的飞秒激光波长，ρ为归一化后的入瞳半径，d_nom为飞秒激光聚焦到样品内的深度；n₁和n₂分别为飞秒激光入射到镜油和金刚石界面处时界面两侧的介质折射率，NA为物镜的数值孔径；之后将补偿因子s代入公式

得到相位补偿函数，利用MATLAB软件将相位信息保存成图片文件，最终得到校正像差所需的全息图。

4.如权利要求1所述的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的方法，其特征在于，步骤(2)中的激光光路为：首先，飞秒激光经过半波片、格兰棱镜，二者配合调整激光功率；之后激光通过BBO晶体进行倍频；然后经反射镜和透镜组改变传播方向；通过空间光调制器表面反射进行光束整形，校正后的激光光斑被拉伸的程度显著减小；然后激光依次经过4f系统、反射镜及物镜后被聚焦到样品待加工区域，其中，样品的三维运动由三维压电平台精密控制；最后，在样品正下方使用照明光源照明，透过样品的照明光经过物镜后进入CCD相机，通过CCD相机呈现在计算机中的画面观察实时的加工效果，实现对整个激光直写过程的实时监测。

5.如权利要求4所述的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的方法，其特征在于，激光器出射的飞秒激光波长λ为1030nm，经过BBO晶体倍频后为515nm，重复频率200-1000kHz，脉冲宽度239fs，使用50-100倍物镜聚焦，其数值孔径NA为0.75-1.25，镜油折射率n₁为1.3-1.5,金刚石折射率n₂为2.42；飞秒激光聚焦到样品内的深度d_nom为5-50μm；全息图设计中归一化的入瞳半径ρ范围为0-1，角度θ范围为0-2π；采用的激光功率为1-5mW，点间距为5-10μm，单点曝光时间为10-20ms，单个点阵列扫描过程耗时5-10min；加工完成后超声清洗时间为15-30min，再将样品晾干5-10min。

6.如权利要求1所述的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备金刚石NV色心的方法，其特征在于，步骤(3)中所使用的退火升温、降温梯度为200-500℃/h，升温、降温过程持续时间为5-10h，恒温温度800-1000℃，恒温时间为5-10h；所述的混合酸溶液为浓硫酸与浓硝酸的混合溶液，二者体积比为8：1-10：1，其中浓硫酸的质量分数为60％-98％，浓硝酸的质量分数为50％-68％，混合酸溶液的使用量为10-50ml，水热反应烘箱设置的加热温度为80-120℃，加热时间5-8h；样品经混合酸溶液处理后清洗所使用的去离子水体积为20-50ml，清洗时间10-20min，样品晾干时长为10-20min。

7.一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备的金刚石NV色心，其特征在于，由权利要求1-6任一一项所述的方法制备得到。

8.如权利要求7所述的一种利用空间光调制技术辅助激光直写制备的金刚石NV色心在制备量子光学器件方面的应用。

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