CN114415081B - 基于系综氮-空位色心的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于系综氮‑空位色心的装置，包括：直角棱镜；二向色抛物面聚光透镜，二向色抛物面聚光透镜的底部开口斜面固定在直角棱镜的斜面上，用于以入射激光极化系综氮‑空位色心和收集系综氮‑空位色心的荧光信号；金刚石，金刚石为层状金刚石，包含相对的第一面和第二面，第一面固定在二向色抛物面聚光透镜的抛物面顶端，第二面包含系综氮‑空位色心；楞次透镜，贴合于第二面，用于汇聚微波磁场；微波线圈，位于楞次透镜上方，用于对系综氮‑空位色心施加微波磁场。本发明提供的基于系综氮‑空位色心的装置，其各部分构成位置相对固定的整体，可用于小型化和便携化的高灵敏磁强计与微观核磁谱仪。

Description

基于系综氮-空位色心的装置

技术领域

本发明涉及磁信号探测仪器领域，具体涉及一种基于系综氮-空位色心的装置。

背景技术

金刚石中的系综氮-空位缺陷中心（系综NV色心），已被证明在微米-纳米尺度的磁场探测中有着显著的优势。其中，系综氮-空位色心的电子自旋可以被微波调控、并通过光学的手段初始化和读出。系综氮-空位色心有四个不同方向，可以测量外界磁场的矢量信息。探测外界样品的核磁共振信号时，样品可以紧贴表面的氮-空位色心，所以使用系综氮-空位色心制作的核磁共振谱仪可以探测极微小的样品体积。而且，包含氮-空位色心的金刚石本身具有优良的物理、化学性质和生物相容性，可以广泛地被应用在各种极端环境及生物有关的磁信号测量中。

参见“Schloss, J.M., Barry, J.F., Turner, M.J., Walsworth, R.L., 2018.Simultaneous Broadband Vector Magnetometry Using Solid-State Spins. Phys.Rev. Applied 10, 034044.”，2018年，Jennifer M. Schloss、R.L.Walsworth等人利用金刚石中的系综氮-空位色心实现了对外磁场的高灵敏度宽带矢量探测，灵敏度达到50pT/Hz^1/2，带宽达到12.5kHz。参见“Xie, Y., Geng, J., Yu, H., Rong, X., Wang, Y., Du,J., 2020. Dissipative Quantum Sensing with a Magnetometer Based on Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond. Phys. Rev. Applied 14, 014013.”，2020年，谢一进等人利用金刚石中的系综氮-空位色心，在连续波稳态情况下，结合锁相放大的方法，实现了高灵敏度，更宽带的磁场探测，灵敏度达到1.4nT/Hz^1/2，带宽达到128kHz，随后他们又结合磁聚集器，以更低的带宽(1302Hz)为代价，达到了195±60 fT/Hz的超高灵敏度。

在核磁信号的测试中，氮-空位色心的优异探测能力被更多地应用，参见“Glenn,D.R., Bucher, D.B., Lee, J., Lukin, M.D., Park, H., Walsworth, R.L., 2018.High-resolution magnetic resonance spectroscopy using a solid-state spinsensor. Nature 555, 351–354.”，2018年Glenn、R.L.Walsworth等人使用金刚石中的系综氮-空位色心探测到了10pL左右样品的核磁共振谱，展宽可以达到1Hz水平，在此基础上，结合二维谱、超极化等技术，发展了微米尺度的高灵敏核磁共振方法。

因此，金刚石内的系综氮-空位色心在磁信号探测领域，包括核磁信号探测方面有着很高的应用价值。但传统的基于系综氮-空位色心的结构大多使用镜头收集氮-空位色心的荧光信号，并经过双色镜、聚焦透镜和滤光片到达光电探测器，会占用较大的空间。同时，由于这种架构需要将金刚石事先固定在结构支撑件上，还要固定收集部分的镜头（少部分系综NV实验架构使用光导、抛物面镜等其它收集方法）、光电二极管等结构，故实际探测区域的占地空间会比较大，既制约了系统的鲁棒性和整体性，又不利于系统在狭小的环境下作业。以核磁共振探测为例，产生匀强磁场的磁铁腔一般较小，这时传统的架构基本不可能放入，而增大磁铁腔体积意味着成本和磁体重量的快速增加，这使得基于系综氮-空位色心的小型化核磁共振谱仪非常困难。

发明内容

（一）要解决的技术问题

有鉴于此，本发明提供了一种基于系综氮-空位色心的装置，用于解决或部分解决上述问题。

（二）技术方案

本发明提供了一种基于系综氮-空位色心的装置，包括：直角棱镜；二向色抛物面聚光透镜，二向色抛物面聚光透镜的底部开口斜面固定在直角棱镜的斜面上，用于以入射激光极化系综氮-空位色心和收集系综氮-空位色心的荧光信号；金刚石，金刚石为层状金刚石，包含相对的第一面和第二面，第一面固定在二向色抛物面聚光透镜的抛物面顶端，第二面包含系综氮-空位色心；楞次透镜，贴合于第二面，用于汇聚微波磁场；微波线圈，位于楞次透镜上方，用于对系综氮-空位色心施加微波磁场。

在本发明一可选的实施例中，二向色抛物面聚光透镜的侧面包含垂直的窗口面，用于入射激光射入。

在本发明一可选的实施例中，二向色抛物面聚光透镜的底部开口斜面与水平面成45°角。

在本发明一可选的实施例中，二向色抛物面聚光透镜的底部开口斜面形成有截止波长处于入射激光的波段与荧光信号的波段之间的长通二向色膜。

在本发明一可选的实施例中，楞次透镜中心开孔，用于测量所述孔中样品的核磁共振信号。

在本发明一可选的实施例中，第二面和直角棱镜侧面形成有反射膜。

在本发明一可选的实施例中，基于系综氮-空位色心的装置还包括：滤光片，用于过滤去除所述入射激光，得到过滤后的荧光信号；光电探测器，用于接收所述过滤后的的荧光信号。

在本发明一可选的实施例中，二向色抛物面聚光透镜采用石英或PDMS制备。

在本发明一可选的实施例中，楞次透镜为沿半径方向开有细槽的圆形金属片。

在本发明一可选的实施例中，层状金刚石的侧面为斜面，其中，第一面的面积大于第二面。

（三）有益效果

本发明提供的基于系综氮-空位色心的装置，将系综氮-空位色心实验中极化、操控、荧光收集甚至包括读出四部分固定为一个整体，实现了系综氮-空位色心实验装置的集成化。并且采用了楞次透镜-二向色抛物面聚光透镜-直角棱镜的组合结构，组合后尺寸不大于10mm，实现了系综NV色心实验装置的小型化。该装置得益于其小型化、集成化与组装方便的特性，其具有较强的鲁棒性，可以在一般环境下对装置效果与系综氮-空位色心性质进行测试后，方便的转移到其它实验环境下实验。

本发明提供的基于系综氮-空位色心的装置，其各部分构成位置相对固定的整体，可用于小型化和便携化的高灵敏磁强计与微观核磁谱仪。

附图说明

图1示意性示出了本发明一实施例提供的基于系综氮-空位色心的装置的示意图。

图2示意性示出了本发明一实施例提供的基于系综氮-空位色心的装置的视图。

图3示意性示出了本发明一实施例提供的基于系综氮-空位色心的装置实验应用示意图。

图4示意性示出了本发明一实施例提供的基于系综氮-空位色心的装置的使用流程图。

附图标记说明如下：

1-微波线圈；2-楞次透镜；3-金刚石；4-二向色抛物面聚光透镜；

5-直角棱镜；6-滤光片；7-光电探测器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例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。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

传统的实验装置的架构中，核心部分体积过大，导致无法在狭小的环境下作业，例如缺少基于系综氮-空位色心的小型化的核磁共振谱仪。同时，传统的架构中不同的部分彼此分离导致鲁棒性不足。本发明为了解决上述问题，提出了一种小型化、集成化的基于系综氮-空位色心的装置，将金刚石、收集部分和微波操控部分结合成一个整体，收集效率高。同时，装置的体积将进一步减小，例如本发明一实施例中的装置的整体尺寸约为3.7cm*3.7cm*3.5cm，而一般的高NA物镜的直径约为3cm，高度约5cm，使用时还需要有足够自由度的位移台以确保镜头位置及金刚石样品位置可调，即使是较为紧凑的设计，也需要5cm*5cm*10cm的空间。此外，在核磁共振的实验中，需要调节外磁场方向与氮-空位色心某一主轴方向一致，此时金刚石表面会与外磁场成一固定角度，对于传统架构需要更多的空间和较为复杂的设计以一合适角度嵌入磁体的腔中，而本发明的结构只需要预留入射激光的通路，即可正常运行。本发明提供的基于系综氮-空位色心的装置，其各部分构成位置相对固定的整体，可用于小型化和便携化的高灵敏磁强计与微观核磁谱仪。

图1示意性示出了本发明一实施例提供的基于系综氮-空位色心的装置的示意图。本发明提供了一种基于系综氮-空位色心的装置，包括：直角棱镜5；二向色抛物面聚光透镜4，二向色抛物面聚光透镜4的底部开口斜面固定在直角棱镜5的斜面上，用于以入射激光极化系综氮-空位色心和收集系综氮-空位色心的荧光信号；金刚石3，金刚石为层状金刚石，包含相对的第一面和第二面，第一面固定在二向色抛物面聚光透镜的抛物面顶端，第二面包含系综氮-空位色心；楞次透镜2，贴合于第二面，用于汇聚微波磁场；微波线圈1，位于楞次透镜上方，用于对系综氮-空位色心施加微波磁场。可选地，还基于系综氮-空位色心的装置包括：滤光片6，用于过滤去除所述入射激光，得到过滤后的荧光信号；光电探测器7，用于接收所述过滤后的的荧光信号。

本发明提供的一可选地实施例中，基于系综氮-空位色心的装置包括激发部分和微波操控部分。激发部分是一个特殊设计的光学结构，包括直角棱镜、二向色抛物面聚光透镜以及金刚石。微波操控部分由楞次透镜和附近的微波线圈构成，楞次透镜将微波线圈产生的微波磁场聚集到楞次透镜中心，最终实现对氮-空位色心及对待测核磁样品（作为核磁共振谱仪使用时）的微波操控。

对于激发部分，二向色抛物面聚光透镜（简称抛物面镜）是抛物面和底面开口斜面组成的聚光透镜，表面形成有二向色膜。二向色膜根据波长将光束分为透射光和反射光。直角棱镜位于二向色抛物面聚光透镜下方，其斜面和二向色抛物面聚光透镜的底部开口斜面固定在一起。金刚石为层状金刚石，包含相对的第一面和第二面，其中，第二面包含有系综氮-空位色心。可选地，层状金刚石包括超薄金刚石、含有薄层系综氮-空位色心的块状金刚石以及充满系综氮-空位色心的块状金刚石。金刚石的第一面固定在二色性抛物面聚光透镜的抛物面的顶端。例如可以使用低荧光的胶或较粘稠的液体将其粘结在二色性抛物面聚光透镜的抛物面的顶端的表面。需要说明的是，第一面中也可以包含系综氮-空位色心，此时在固定时不需要区分第一面和第二面。

入射激光可以从激发部分的二向色抛物面聚光透镜的侧面入射，经过其底面开口斜面的反射，照射在金刚石的氮-空位色心区域，使系综氮-空位色心极化并发出荧光信号，同时，荧光信号被二向色抛物面聚光透镜的抛物面收集。可选地，可通过对入射激光进行调制，改变其功率或者聚焦，以控制入射激光对氮-空位色心的极化行为和极化区域的大小。

在本发明一可选的实施例中，二向色抛物面聚光透镜的侧面包含垂直的窗口面，用于入射激光射入。本发明通过将二向色抛物面聚光透镜的侧面切削出一个垂直的窗口面，减小对入射激光光束质量的影响。

在本发明另一可选的实施例中，二向色抛物面聚光透镜的底部开口斜面与水平面成45°角。当入射激光平行入射时，可以经底部开口斜面的反射，从而垂直于金刚石表面入射金刚石。

可选地，二向色抛物面聚光透镜的底部开口斜面形成有截止波长处于入射激光的波段与荧光信号的波段之间的长通二向色膜。例如，使用532nm波长激光激发氮-空位色心时，荧光信号的波长主要在650nm以上，可选用截止波长在605nm的长通二向色膜。长波通二向色膜对小于截止波长的光束的反射率较高，对大于截止波长的光束透射率较高。通过选择截止波长处于入射激光的波段与荧光信号的波段之间的长通二向色膜，将入射激光光束更多的反射以激发金刚石的氮-空位色心，将荧光信号透过以被测试仪器接收。二向色抛物面聚光透镜的底部开口斜面还形成有增透膜，以减少荧光信号被反射的情况发生。

在本发明一可选的实施例中，第二面和直角棱镜侧面形成有反射膜。或者层状金刚石的侧面为斜面，其中，第一面的面积大于第二面。金刚石第二面的氮-空位色心极化并发出荧光信号，为了提高荧光信号的收集效率，本发明通过在金刚石的第二面形成有反射膜，以增加第二表面的对荧光信号的反射。同时，将层状金刚石的侧面设为上述斜面，使从斜面出的荧光信号被反射进入二向色抛物面聚光透镜，减少荧光信号从侧面的逸散。需要说明的是，在第二面表面形成的反射膜还可以改变为其他带有反射功能的表面结构，利于荧光收集的表面结构可以进一步优化实验效果，例如小斜面等。或者采用利于改善NV色心性质的表面处理也能优化实验效果。上述方法可相互组合或单独采用。

可选地，本发明还可以采用形成有增透膜以提高激发或收集的效率，例如在二向色抛物面聚光透镜侧面的窗口面形成有AOI 0度 350nm-700nm增透膜；直角棱镜的底部形成有AOI 0度 650nm-1050nm增透膜；直角棱镜的斜面形成有AOI 45度，650nm-1050nm增透膜。

在本发明又一可选的实施例中，二向色抛物面聚光透镜采用石英或PDMS制备。二向色抛物面聚光透镜对生产工艺要求较低，可以使用石英或PDMS进行大批量生产，从而使单件的成本降低，且制备所得的产品相比传统的光学结构不易损坏，进一步降低了使用的成本。需要说明的是，本发明制备的二向色抛物面聚光透镜还可采用其他硬质的，透明度好的材料制备。

本发明的激发部分，其一可选的固定方式为：抛物面镜的底端的开口斜面以胶合方式固定在直角棱镜斜面的中心，直角棱镜的底面以胶合的方式固定在一圆形玻璃片上。

对于微波操控部分，主要由楞次透镜和微波线圈构成，微波经过调制和放大进入微波线圈中，微波线圈被固定在抛物面镜顶端，楞次透镜对微波进行汇聚，最终作用在金刚石的氮-空位色心区域。

在本发明一可选的实施例中，楞次透镜中心开孔，用于测量核磁共振信号。在进行核磁共振时，样品可直接放入小孔中和金刚石表面接触。可选地，楞次透镜为沿半径方向开有细槽的圆形金属片。楞次透镜可被加工在一石英片表面，再固定在在金刚石表面，以便良好地紧贴。楞次透镜有聚焦周围微波磁场的作用，故可以提供比较强的操控场。同时由于楞次透镜的无源特性，其传递到金刚石表面的热量较小，可以最大程度降低温度对氮-空位色心、光学系统稳定性和待测核磁样品的影响。

需要说明的是，楞次透镜可以有多种实施例，例如如图2所示的是一片圆形实心金属片，中间的一小孔及与其联通的，沿径向的一细槽无金属覆盖（即不导电）。在其它实施例中，圆形金属、小孔和细槽的尺寸及数量可以适当改变，例如可以沿多个径向方向（如对向）留有多个上述细槽，实心金属片也可以是导线围成的环状结构，楞次透镜还可以是贴在金刚石表面的薄金属片或者是加工在基底上（例如圆形石英基底）的表层形成有膜片。此外，楞次透镜的覆盖区域可以经过电脑辅助优化生成，以在具体要求下使用，或取得更好的磁聚焦效果。

微波线圈可选为未调谐单匝线圈或者经过调谐或结构设计的微波线圈。微波线圈可独立使用，也可配合热管、鳍片等散热基底使用以降低线圈发热的影响。

在本发明一可选的实施例中，基于系综氮-空位色心的装置还包括：滤光片，用于过滤去除所述入射激光，得到过滤后的荧光信号；光电探测器，用于接收所述过滤后的的荧光信号本发明提供的系综氮-空位色心的装置的激发部分的系综氮-空位色心发出的荧光经过二向色抛物面聚光透镜收集后，透过二向色抛物面聚光透镜的底部开口斜面向下射出，被光电探测器接收并读出该荧光信号。其中，光电探测器接收从直角棱镜底面射出的荧光信号之前，该荧光信号先经过滤光片，滤光片可为单层或多层滤光片。光电探测器可选为集成光电二极管与放大电路的光电探测器，例如Thorlabs PDAPC2，也可选为单独的光电二极管，用导线传出信号至放大电路做后续处理。

参阅图3，图3示意性示出了本发明一实施例提供的基于系综氮-空位色心的装置实验应用示意图。该实验具体为基于金刚石系综氮-空位色心的小型集成式实验装置，以脉冲实验应用为例，但同样适用于连续波的应用。计算机控制方波序列发生器产生脉冲序列信号，以对微波与激光序列的时序进行同步控制。声光调制器受脉冲信号的控制，影响激光光路的通断，产生脉冲激光序列用于对氮-空位色心的反复极化。任意波形发生器加载实验的微波序列，受脉冲信号控制输出微波信号，经过功放放大后，用于操控系综氮-空位色心的自旋。金刚石中氮-空位色心的荧光信号被抛物面镜收集，经过滤光片进入光电探测器，被数据采集卡读出。当该装置作为小型核磁谱仪使用时，可在电子学系统耦合另一路射频信号，使微波线圈同时产生符合待测核自旋拉莫尔进动频率的操控场，以操控待测核磁样品中的核自旋。

在本发明一具体的实施例中，其原理具体为：入射激光从水平方向附近入射抛物面镜的侧面，在形成有二向色膜的底部开口斜面反射，竖直向上照射在楞次透镜中央开孔中央，若对入射前的激光适当地聚焦和缩束，则有助于提高氮-空位色心感受到的光功率密度以提升极化效果，同时改善操控的均匀性。在一具体的实施例中，金刚石表面与直角棱镜底面的距离约为10mm。系综氮-空位色心产生的荧光信号被抛物面镜收集，然后从直角棱镜的下方直角面穿出，经过滤光片后被下方光电探测器读出。楞次透镜的磁聚焦原理如图2中的俯视图所示，顶端较大的微波线圈内通过一交变电流I，电流I会激励产生一个微波磁场。下方的楞次透镜是一个中心有小孔，开有细槽的圆形金属片，金属片的外圈感应上述线圈产生的微波磁场，会产生感应电流I’，而内圈由于与外圈形成了电流守恒的回路，会产生一个相反的电流I’’。这样一来，由于内圈的直径比外圈小得多，相当于将外圈感应到的微波磁场聚焦到内部一很小的区域，起到了“磁聚焦”的作用。

本发明另一实施例提供了基于系综氮-空位色心的装置的使用流程，参阅图4。

图4示意性示出了本发明一实施例提供的基于系综氮-空位色心的装置的使用流程图。

将装置的核心部分组装好，例如将抛物面镜、直角棱镜按上述方式黏合固定，并将直角棱镜的直角面黏合固定于圆形盖玻片上，并使用卡环套筒将核心部分和滤光片一起固定在光电探测器有源区的上方。组装时需确保抛物面镜、直角棱镜、滤光片、光电探测器有源区的中心大致对准，并使用胶合方式及卡环、套筒将上述元件相互固定。

然后固定金刚石与楞次透镜，注意如果系综氮-空位色心只分布于金刚石的第二面，需要将该第二面背对抛物面镜顶面，与楞次透镜贴合，以提高操控场强度，并增加收集效率。

在以上各组件妥善组装后，将入射激光从抛物面镜竖切的侧面射入，此时入射激光会经过底部开口斜面的二向色膜的反射而相对垂直地入射金刚石，此时在示波器或数据采集卡上观察荧光信号的强度，若荧光强度正常，则加载基本的实验序列测试（如连续波ODMR或Ramsey序列）。观察实验序列对氮-空位色心操控后，荧光变化的对比度，若正常，则可以转移到具体条件下（如匀强磁场中），进行具体实验（如核磁信号测试或作为矢量磁力计使用）。若对比度不佳，则需要检查入射激光的光功率密度（由聚焦区域大小和激光功率决定）是否过低，光斑是否在楞次透镜中心，微波电子学线路是否有问题，微波线圈是否距离楞次透镜过远或偏离中心。

本发明提供的基于系综氮-空位色心的装置，将系综氮-空位色心实验中极化、操控、荧光收集甚至包括读出四部分固定为一个整体，实现了系综氮-空位色心实验装置的集成化。并且采用了楞次透镜-二向色抛物面聚光透镜-直角棱镜的组合结构，组合后尺寸不大于10mm，实现了系综NV色心实验装置的小型化。该装置得益于其小型化、集成化与组装方便的特性，其具有较强的鲁棒性，可以在一般环境下对装置效果与系综氮-空位色心性质进行测试后，方便的转移到其它实验环境下实验。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

类似地，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于系综氮-空位色心的装置，包括：

直角棱镜；

二向色抛物面聚光透镜，所述二向色抛物面聚光透镜的底部开口斜面固定在所述直角棱镜的斜面上，用于以入射激光极化所述系综氮-空位色心和收集所述系综氮-空位色心的荧光信号；其中，所述二向色抛物面聚光透镜的侧面包含垂直的窗口面，用于所述入射激光射入；

金刚石，所述金刚石为层状金刚石，包含相对的第一面和第二面，所述第一面固定在二向色抛物面聚光透镜的抛物面顶端，所述第二面包含所述系综氮-空位色心；

楞次透镜，贴合于所述第二面，用于汇聚微波磁场；

微波线圈，位于所述楞次透镜上方，用于对所述系综氮-空位色心施加所述微波磁场。

2.根据权利要求1所述的装置，所述二向色抛物面聚光透镜的底部开口斜面与水平面成45°角。

3.根据权利要求1所述的装置，所述二向色抛物面聚光透镜的底部开口斜面形成有截止波长处于所述入射激光的波段与所述荧光信号的波段之间的长通二向色膜。

4.根据权利要求1所述的装置，所述楞次透镜中心开孔，用于测量所述中心开孔中放入的待测样品的核磁共振信号，其中，所述待测样品与所述金刚石的第二面接触。

5.根据权利要求1所述的装置，所述第二面和所述直角棱镜侧面形成有反射膜。

6.根据权利要求1所述的装置，所述基于系综氮-空位色心的装置还包括：

滤光片，用于过滤去除所述入射激光，得到过滤后的荧光信号；

光电探测器，用于接收所述过滤后荧光信号。

7.根据权利要求1所述的装置，所述二向色抛物面聚光透镜采用石英或PDMS制备。

8.根据权利要求1所述的装置，所述楞次透镜为沿半径方向开有细槽的圆形金属片。

9.根据权利要求1所述的装置，所述层状金刚石的侧面为斜面，其中，所述第一面的面积大于第二面的面积。

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