CN116888488A - 光纤耦合自旋缺陷磁力测量 - Google Patents

光纤耦合自旋缺陷磁力测量 Download PDF

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Abstract

磁力计包括电子自旋缺陷体，该电子自旋缺陷体包括多个晶格点缺陷。微波场发射器可操作以将微波场施加到电子自旋缺陷体。光源被配置为发射第一波长的输入光，该第一波长的输入光将电子自旋缺陷体的多个晶格点缺陷从基态激发到激发态。第一光纤具有输入端和输出端，所述输入端光学地耦合到光源。输出端附接到电子自旋缺陷体的第一面，并且被布置为将输入光引导到电子自旋缺陷体的第一面中。第二光纤具有输出端和输入端。光电检测器光学地耦合到第二光纤的输出端。

Description

光纤耦合自旋缺陷磁力测量
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月31日提交的美国专利申请序列号17/139,807的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
依赖于经典物理现象来检测诸如电场或磁场的属性的各种传感器是可获得的。在某些情况下，磁场检测器受到它们的灵敏度、动态范围和/或形状因子中的一个或多个的限制。
发明内容
本公开涉及光纤耦合基于电子自旋缺陷的磁力测量。在一些示例中，本公开描述了一种磁力计，其包括电子自旋缺陷体，所述电子自旋缺陷体包括多个晶格点缺陷。微波场发射器可操作以将微波场施加到电子自旋缺陷体。光源被配置为发射第一波长的输入光，所述第一波长的输入光将电子自旋缺陷体的多个晶格点缺陷从基态激发到激发态。第一光纤具有输入端和输出端，所述输入端光学地耦合到光源。输出端附接到电子自旋缺陷体的第一面，并且被布置为将输入光引导到电子自旋缺陷体的第一面中。第二光纤具有输出端和输入端。第二光纤的输入端附接到电子自旋缺陷体的第二面，并且被布置为接收通过电子自旋缺陷体的第二面从电子自旋缺陷体发射的第二波长的光致发光。第二波长不同于第一波长，并且其中第二面不同于第一面。光电检测器光学地耦合到第二光纤的输出端。
磁力计的示例可以包括以下特征中的任何一个或多个。
在一些实施方式中，磁力计包括第三光纤。第三光纤具有输出端和输入端，所述输出端光学地耦合到光电检测器。第三光纤的输入端附接到电子自旋缺陷的第三面，并且被布置为通过第三面接收光致发光。第三面不同于第一面和第二面。
在一些实施方式中，磁力计包括第三光纤。第三光纤具有输入端和输出端，所述输入端光学地耦合到光源，其中，第三光纤的输出端附接到电子自旋缺陷体的第一面，并且被布置为将输入光引导到电子自旋缺陷体的第一面中。
在一些实施方式中，第一光纤和第二光纤通过粘合剂附接到电子自旋缺陷体，所述粘合剂对第一波长的光和第二波长的光基本上是透明的。
在一些实施方式中，第二光纤包括布拉格滤波器，所述布拉格滤波器被配置为使第二波长的光通过并阻挡第一波长的光。
在一些实施方式中，第二面包括薄膜光学滤波器，所述薄膜光学滤波器被配置为使第二波长的光通过并阻挡第一波长的光。
在一些实施方式中，磁力计包括耦合到第二光纤的输出端的光学滤波器。光学滤波器被配置为使第二波长的光通过并阻挡第一波长的光。
在一些实施方式中，磁力计包括被布置为与电子自旋缺陷体相邻的磁体。
本公开还描述了方法。在一些示例中，本公开描述了一种测量时变磁场的方法。第一波长的输入光被提供到第一光纤的输入端中。第一光纤的输出端附接到电子自旋缺陷体的第一面，并且被布置为将输入光引导到电子自旋缺陷体的第一面中。电子自旋缺陷体暴露于时变磁场。在光电检测器处，接收从电子自旋缺陷体发射的第二波长的光致发光。光致发光通过第二光纤从电子自旋缺陷体的第二面载送到光电检测器。第二光纤的输入端附接到电子自旋缺陷体的第二面。第二波长不同于第一波长，并且第二面不同于第一面。基于接收的光致发光来确定关于时变磁场的信息。
测量时变磁场的方法的示例可以包括以下特征中的任何一个或多个。
在一些实施方式中，对光致发光进行滤波以阻挡第一波长的光并使第二波长的光通过。
在一些实施方式中，使用嵌入在第二光纤中的布拉格滤波器对光致发光进行滤波。
在一些实施方式中，使用设置在电子自旋缺陷体的第二面上的薄膜光学滤波器对光致发光进行滤波。
在一些实施方式中，使用耦合到第二光纤的光纤耦合滤波器对光致发光进行滤波。
在一些实施方式中，向电子自旋缺陷体施加微波信号。
在一些实施方式中，向电子自旋缺陷体施加第二磁场。
本公开还描述了制造磁力计的方法。在一些实施方式中，一种制造磁力计的方法包括：将第二光纤的输入端附接到电子自旋缺陷体的第二面，以及将第一光纤的输出端附接到电子自旋缺陷体的第一面，第一面不同于第二面。
制造磁力计的方法的示例可以包括以下特征中的任何一个或多个。
在一些实施方式中，在附接第二光纤的输入端之前，将薄膜光学滤波器沉积到电子自旋缺陷体的第二面上。电子自旋缺陷体包括多个晶格点缺陷，并且薄膜光学滤波器被配置为使由多个晶格点缺陷发射的第二波长的光致发光通过并且阻挡不同于第二波长的第一波长的光。
在一些实施方式中，第一波长是将多个晶格点缺陷从基态激发到激发态的波长。
在一些实施方式中，将多个介电膜沉积到第二面上。
在一些实施方式中，光电检测器耦合到第二光纤的输出端，并且光源耦合到第一光纤的输入端。光源被配置为发射第一波长的光。
根据本公开的实施方式可以提供以下优点中的一个或多个。可以增加光耦合到电子自旋缺陷体中的效率。可以增加从电子自旋缺陷体耦合出的光的效率。可以收集更大比例的发射光致发光。磁力计尺寸可以减小。可以改善磁力计可靠性和稳健性。
在附图和下面的描述中阐述了一个或多个实施例的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求书，本发明的其他特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是示出氮空位缺陷的示例性能级图的示意图。
图2是示例性光致发光强度与施加的微波频率的曲线图。
图3是示出用于执行基于电子自旋缺陷的磁力测量以检测AC磁场的示例性过程的示意图。
图4是示出可以用于执行基于电子自旋缺陷的磁力测量的设备的示例的示意图。
图5是示出示例性电子自旋缺陷体和光纤的示意图。
图6A-图6C是示出光学滤波器的示例的示意图。
图7是示出用于制造磁力计的示例过程的流程图。
图8是示出用于测量磁场的示例过程的流程图。
具体实施方式
本公开涉及基于电子自旋缺陷的磁力测量。具体说来，本公开涉及使用光纤来将光载送进和载送出电子自旋缺陷体。监测由电子自旋缺陷体中的电子自旋缺陷的存在建立的电子自旋子能级的塞曼位移(Zeeman shift)，以便感测磁场。
更具体地，基于电子自旋缺陷的磁力计包括利用固态晶格中电子自旋缺陷的发生的量子传感器，其中自旋可以被初始化并光学地读出。在某些实施方式中，缺陷可以作为晶格结构(有时称为“缺陷体”)中的原子级空位出现，诸如在金刚石内替位碳原子的氮原子附近发生的空位。因此，作为原子尺度缺陷的单个自旋缺陷中心可以用于以纳米空间分辨率检测磁场，而不相关的自旋缺陷的系综(ensemble)可以以由系综尺寸(例如，微米级)给出的空间分辨率使用，通常具有由√N给出的灵敏度的改进，其中N是自旋缺陷的数量。此外，在一些实施方式中，基于电子自旋缺陷的磁力计可以展现相对长的相干时间，诸如接近1秒或更长的时间。另外，基于电子自旋缺陷的磁力计可以在室温下操作，并且在某些情况下，在相对紧凑的结构内，允许便携性和磁力计成本的降低，这在诸如测量从心脏发出的磁场的健康相关应用中可能是有利的。
将参考图1到图2且特定来说针对氮空位(NV)磁力测量来描述基于电子自旋缺陷的磁力测量的简要描述，但本文中所公开的技术和设备也可以适用于包括其他类型的电子自旋缺陷的其他材料。NV中心是金刚石晶格(缺陷体)中的缺陷，其包含代替碳的替位氮原子，与金刚石晶格中的空位相邻。缺陷的带负电状态提供了自旋三重态基能级，其可以使用光学部件被初始化、以长相干时间相干地操纵和读出。图1是示出NV缺陷的能级图100的示意图。NV缺陷表现为金刚石晶格内的人造原子，其表现出宽带光致发光发射，在1.945eV或λPL＝637nm处具有零声子线。此外，NV缺陷的基能级或基态102是自旋三重态，在缺少磁场的情况下具有由K＝2.87GHz分离的ms＝0态104和ms＝+/-1态106的自旋子能级。缺陷可以被光学地激发到激发能级108，其也是具有ms＝0态110和ms＝+/-1态112的自旋三重态。一旦光学地激发到激发能级108中，NV缺陷可以主要通过两种机制之一弛豫：a)通过辐射跃迁和声子弛豫，从而产生宽带红色光致发光；或b)通过涉及到单重态116的非辐射系统间交叉的次级路径114。
从激发态流形回到基态流形的衰变路径分支比取决于其初始自旋子能级投影。具体地，如果电子自旋开始于ms＝+/-1态，则自旋通过次级路径114非辐射地衰减到ms＝0态的机会约为30％。自旋子能级的布居可以通过向金刚石施加谐振微波场来操纵。具体地，在对应于0和+/-1态之间的跃迁能量的特定微波频率(例如，谐振频率)下，在这些子能级之间发生跃迁，导致系统的光致发光水平的改变。特别地，如果自旋被初始化为ms＝0态，并且通过谐振微波驱动将布居转移到+/-1态之一，则在随后的光学照射时的光致发光率将降低。
光致发光的这种下降可以通过扫描微波频率来观察，如图2所示的最底部的光致发光(PL)强度线202所描绘的，其是PL强度与施加的微波频率的曲线图。然而，当在NV缺陷附近施加磁场时，ms＝+/-1自旋子能级的简并性被塞曼效应提升，导致出现两个电子自旋谐振(ESR)跃迁，这对应于PL频谱的下降(参见图2中的较高PL线204)。值Δν对应于ESR线宽，通常在1MHz的量级上，并且值C是ESR对比度，通常在百分之几的量级上。为了检测小磁场，可以在最大斜率点处驱动NV跃迁(参见例如图2中的206)。在该最大斜率点处，可以检测光致发光的时域改变，由此可以导出磁场的时域改变。该信号可以表达为xδB xΔt，其中Ι0是NV缺陷PL率，δB是无穷小的磁场变化，而Δt是测量持续时间，远小于磁场改变的时间尺度。因此，单个NV缺陷可以用作具有原子大小的检测体积的磁场传感器。为了提高灵敏度，可以检测NV缺陷的系综的集体响应，使得收集的PL信号被放大感测自旋的数量N，并且因此将散粒噪声限制的磁场灵敏度提高1/√N倍。
如果待测量的磁场在时间上是周期性的(例如，AC场)，则可以进一步提高磁场灵敏度。经典AC场的灵敏度的提高是NV自旋相干性的延长的结果，其可以通过中心自旋与其环境的动态解耦来实现。为了避免由激光读出过程和驱动微波场引起的ESR线宽的加宽，自旋操纵、自旋读出和相位累积(磁场测量)可以在时间上分离。为此，将一系列微波脉冲依次施加到处于准备态|0>的NV缺陷(或多个NV缺陷)。这里，|0>和|1>表示电子自旋态ms＝0和m s＝1。图3是示出用于AC磁场的基于电子自旋缺陷的磁力测量的示例的示意图，其中微波脉冲序列被施加到NV缺陷或NV缺陷的系综。脉冲序列也可以被称为“Hahn回波”，但是可以替代地使用其他动态解耦脉冲序列。特别地，将第一光脉冲302施加到NV缺陷或NV缺陷的系综，以将它们置于准备态|0>。当(多个)NV缺陷暴露于交变磁场300的同时，将第一π/2微波脉冲304施加到(多个)NV缺陷，以将(多个)NV缺陷的电子自旋从准备态|0>旋转到相干叠加其在总自由进动时间2τ上演变，如果微波驱动拉比(Rabi)频率大于哈密顿量中的其他项，诸如NV超精细耦合和待测量的磁场的尺寸。相位/>可以根据定义被设置为零，选择微波驱动场沿着y轴(任意)。在自由进动时间期间，电子自旋与外部磁场相互作用。|1>态获取相对于|0>态的相位，对应于布洛赫球图片中垂直于自旋量子化(quantization)轴的平面中的自旋进动。然后，施加第一π微波脉冲306以“交换”由|0>和|1>态获取的相位。对于环境磁噪声的慢分量，补偿在序列的前半部分期间获取的退相(dephase)，并且可以减少由来自环境的随机噪声引起的自旋退相。另外，远高于频率1/τ的频率分量平均为零。慢分量可以包括例如DC分量和几Hz、几十Hz、几百Hz和1-1000kHz量级的低频分量，诸如10Hz或更小、100Hz或更小、或500Hz或更小、1kHz或更小、10kHz或更小、100kHz或更小和1MHz或更小。在一些实施方式中，在经典AC磁场的过零点处施加脉冲306，使得可以增强由于经典AC场引起的自旋相位累积。在一些实施方式中，周期性地施加多个π微波脉冲306。在施加一个或多个π微波脉冲306之后，通过施加第二π/2脉冲308来测量相位并因此测量磁场，第二π/2脉冲308将NV电子自旋投射回量子化轴上。因此，总相位累积被转换为电子布居，其可以通过(多个)NV缺陷的自旋相关PL光学地读出。也就是说，将第二光学脉冲310施加到NV缺陷或NV缺陷的系综，导致由光学检测器读出的光致发光。为了从PL测量导出磁场B(t)，将描述Sz算子在脉冲序列下的演变的函数乘以噪声场和信号场，然后将其积分以得到相位累积，并随后乘以对比度和总光致发光率以得到光致发光信号(正弦磁力测量)。对于余弦磁力测量，将滤波函数与噪声场和信号场的功率谱密度卷积以得到相位方差，然后将其乘以对比度和光致发光率。与连续波驱动技术相比，灵敏度可以提高至少(T2/T2*)1/2倍，其中T2是NV在AC磁力测量下的相干时间，并且T2*与NV线宽成反比。
NV缺陷仅为可以用于使用电子自旋缺陷体执行基于电子自旋缺陷的磁力测量的自旋缺陷类型的一个示例。在其他实施方式中，可以在碳化硅中形成一个或多个自旋缺陷。SiC缺陷包括由于SiC晶格中的其他替位原子(诸如例如磷)引起的缺陷。用于用NV缺陷检测如本文所述的磁场的类似技术可以与SiC缺陷一起采用。
如上所述，电子自旋缺陷从基态光学地激发到激发态，然后测量光致发光以便测量磁场。因此，存在在磁力测量期间载送的至少两个光学信号：耦合到电子自旋缺陷体中的输入激发光，以及从电子自旋缺陷体发射的输出光致发光。该光通常通过自由空间传输来传输进和出电子自旋缺陷体，例如，通过在自由空间中操作的一系列分立透镜、反射镜和滤波器将光引导到电子自旋缺陷体和从电子自旋缺陷体引导光，使得光从空气耦合进和出电子自旋缺陷体。
然而，在一些情况下，光的这种耦合导致损耗和低效率。例如，空气/电子自旋缺陷体界面处的反射，例如，由于空气(n＝1)与金刚石(n≈2.4)之间的折射率不匹配，导致进/出电子自旋缺陷体的透射减少。另外，输出光致发光在一输出角度范围从电子自旋缺陷体发射，使得大量输出光致发光可能不会被例如与电子自旋缺陷体间隔开的准直透镜收集。自由空间传输也可以与空气中的散射相关联。自由空间分立光学组件本身可能引入损耗，例如反射和/或吸收。作为另一个损耗源，在自由空间中传输的光束可能变得与电子自旋缺陷体内的电子自旋缺陷不对准(例如，基于透镜和其他光束成形光学器件的轻微移动)。
本公开的实施方式可以通过使用附接到电子自旋缺陷体的光纤将光耦合进和出电子自旋缺陷体来减少这些损耗并提高效率。
图4是示出可以用于执行如本文中所描述的基于电子自旋缺陷的磁力测量的设备400的示例的示意图。设备400包括设置在基板404上的电子自旋缺陷体402。如本文所述，电子自旋缺陷体402包括多个晶格点缺陷，诸如在金刚石中形成的NV缺陷。在一些实施方式中，包含NV缺陷的电子自旋缺陷体402可以由高达99.999％的碳12形成。在一些实施方式中，使用碳13部分地替代碳12。
电子自旋缺陷体402不限于在金刚石中形成的NV缺陷，并且可以包括其他材料中的其他晶格点缺陷，诸如碳化硅中的替位磷原子、碳化硅中的空位(例如，硅空位)、InGaAs量子点和金刚石中的中性带电硅空位(SiV0)。电子自旋缺陷体402可以是没有电子自旋缺陷的较大体的子部分。例如，电子自旋缺陷体402可以是金刚石体的顶层或顶部，金刚石体的其余部分(未示出)没有电子自旋缺陷或具有较少的电子自旋缺陷。
电子自旋缺陷体402的维度可以变化。例如，在一些实施方式中，电子自旋缺陷体402的厚度小于约1毫米，诸如小于750微米、小于500微米、小于250微米或小于100微米。在一些实施方式中，厚度大于约10微米，诸如大于50微米、大于100微米、大于250微米、大于500微米或大于750微米。也可以使用其他厚度。如本文所定义的，电子自旋缺陷体402的厚度可以指电子自旋缺陷体的最小维度。在一些情况下，电子自旋缺陷体402的厚度被定义为从与基板404接触的电子自旋缺陷体402的表面到电子自旋缺陷体402的相对表面的距离。在一些情况下，厚度被定义为从电子自旋缺陷体402的界定电子自旋缺陷体402相对于电子自旋缺陷体402是其一部分的较大体(如上所述)的表面到电子自旋缺陷体402的相对表面的距离。
电子自旋缺陷体402的横向维度(例如，与厚度正交的维度，诸如长度和宽度)也可以变化。例如，在一些实施方式中，电子自旋缺陷体402的宽度大于约0.1mm，诸如大于0.5mm、大于1mm、大于2mm、大于3mm或大于5mm。在一些实施方式中，宽度小于约5cm，诸如小于3cm、小于1cm或小于5mm。也可以使用其他宽度。
在一些实施方式中，使用粘合剂将电子自旋缺陷体402(或电子自旋缺陷体402是其一部分的较大体)固定到基板404，所述粘合剂包括例如环氧树脂、弹性体、热塑性塑料、乳剂和/或热固性材料以及其他类型的粘合剂。在一些实施方式中，在电子自旋缺陷体402(或者电子自旋缺陷体是其一部分的较大体)与基板404之间形成电接触。例如，在一些情况下，基板404可以包括在其中制造一个或多个电路元件的半导体材料，诸如硅。可以在基板404内形成电连接，以提供电路元件与在电子自旋缺陷体402或电子自旋缺陷体402是其一部分的较大体中或上形成的一个或多个组件之间的电连接。
设备400还包括微波场生成器406，其被配置为向电子自旋缺陷体402的电子自旋缺陷提供微波场。例如，在各种实施方式中，微波场生成器406可以包括形成在电子自旋缺陷体402的表面(诸如电子自旋缺陷体402的面向外的表面)上、在电子自旋缺陷体402与电子自旋缺陷体402是其一部分的较大体之间的界面处、和/或在基板404上或基板404中的薄膜天线。微波场生成器406可以包括导电材料(诸如金属)的共面波导、导线、环或线圈。如下面更详细描述的，微波场生成器406可以定位为与电子自旋缺陷体402的输入光纤所附接到的区域相邻。
在一些实施方式中，设备400包括微波场控制电路410。微波场控制电路410可以形成在基板404中或基板404上，或者可以是与基板分离的设备。例如，在一些实施方式中，微波场控制电路410可以是形成在硅基板内的电路元件。微波场控制电路410可以耦合(例如，直接电连接)到微波场生成器406，以向微波场生成器406提供微波源信号，使得微波场生成器406朝向电子自旋缺陷体402发射微波场。微波源信号可以可选地是脉冲微波源信号。
在一些实施方式中，微波源信号的微波频率在约2GHz与约4GHz之间。在一些实施方式中，微波场生成器406以彼此间隔开的多个频率发射信号，以驱动附加的能级分裂。例如，在一些实施方式中，可以操作微波场生成器406以发射解决NV超精细跃迁的微波信号。在一些实施方式中，微波控制场电路410被配置为提供在微波场生成器406处生成脉冲微波信号的控制信号。在一些实施方式中，微波场控制电路410被配置为提供在微波场生成器406处生成连续波微波信号的控制信号。
设备400包括被配置为发射输入光的光源(optical source)412。由光源412发射的输入光可以包括将电子自旋缺陷体402内的一个或多个晶格点缺陷从基态激发到激发态的第一波长。第一波长不同于由晶格点缺陷在弛豫时发射的第二波长。第一波长可以是例如约532nm，以激发电子自旋缺陷体402中的NV缺陷。光源412可以包括例如发光二极管、激光器或宽带源，所述宽带源包括被配置为阻挡除了用于激发晶格点缺陷的波长之外的波长的传输的滤波器。
光源412将输入光发射到光学地耦合到光源412的输入光纤414中。输入光纤414被配置为载送由光源412发射的第一波长的输入光。在一些实施方式中，输入光纤414是单模光纤，其可以在输入光行进通过输入光纤414时稳定输入光的光路。然而，在一些实施方式中，输入光纤414是多模光纤。在一些实施方式中，多模光纤可以传输比等效的单模光纤更高的激光功率吞吐量。
在一些实施方式中，设备400包括光源电路，例如用于光源412的驱动器416，其中驱动器416耦合到光源412以提供控制信号来驱动光源412。驱动器416可以形成在基板404中或基板404上，或者可以是与基板分离的设备。举例来说，在一些实施方式中，驱动器416可以是形成在硅基板内的电路元件。驱动器416可以耦合(例如，直接电连接)到光源412。
输入光纤414附接到电子自旋缺陷体402的第一面418(例如，通过粘合剂)，并且被布置为引导输入光通过第一面418，使得输入光激发电子自旋缺陷体402中的自旋缺陷。关于光纤-缺陷体耦合和附接的进一步细节在下文和整个本公开中给出。
被引导到电子自旋缺陷体402中的输入光激发发射第二波长的光致发光的自旋缺陷。该光致发光中的至少一些由输出光纤420捕获，输出光纤420附接到电子自旋缺陷体402的第二面422(例如，通过粘合剂)。光致发光可以包括对应于NV缺陷的发射波长的一个或多个波长的光，诸如约637nm的波长。
如针对输入光纤414所描述的，在一些实施方式中，输出光纤420是具有比类似的单模光纤更大的光捕获面积的多模光纤。在一些实施方式中，输入光纤414和输出光纤420是不同的，例如，两个光纤可以被配置为传输不同波长或不同波长范围的光，其可以是重叠的或不重叠的。在一些实施方式中，两个光纤被配置为进行传输的相对波长范围具有与来自分离的滤波设备的任何滤波不同的滤波效果。
在一些实施方式中，输入光纤414和输出光纤420是氧化硅光纤；然而，也可以使用其他材料。
输出光纤420光学地耦合到光电检测器424，光电检测器424检测由输出光纤420传输的光致发光。如上所述，该光致发光(例如，该光致发光的幅度)指示电子自旋缺陷体402所暴露于的磁场(例如，时变磁场)。
在一些实施方式中，设备400包括处理器426。处理器426耦合到光电检测器424以从光电检测器424接收光测量信号，并且被配置为分析光测量信号以确定电子自旋缺陷体402所暴露于的磁场的特性。处理器426可以形成在基板404中或基板404上，或者可以是与基板分离的设备。例如，在一些实施方式中，处理器426是形成在硅基板内的电路元件。处理器426可以耦合(例如，直接电连接)到光电检测器424。在一些实施方式中，处理器426远离设备400定位。例如，在一些实施方式中，设备400包括发送器/接收器以从处理器426无线地接收控制和/或分析信号并将反馈和测量数据无线地发送到处理器426。
在一些实施方式中，处理器426耦合到微波场控制电路410和驱动器416中的一者或两者，以控制微波场控制电路410和/或驱动器416的操作。
在一些实施方式中，设备400包括磁体428。磁体428可以被布置为与电子自旋缺陷体402相邻。提供磁体428以引起塞曼效应并提升ms＝+/-1自旋子能级的简并性。在一些实施方式中，磁体428是永磁体。在一些实施方式中，磁体428是电磁体。磁体428可以直接定位在基板404上、电子自旋缺陷体402上或另一位置中。可以选择磁体几何形状以最小化电子自旋缺陷体402中的不同缺陷之间的不均匀展宽的效应。
在一些实施方式(例如，一些标量磁力测量实施方式)中，磁体428被布置为使得由磁体428生成的偏置磁场与NV缺陷的自旋轴对准，例如，相等地投射到NV缺陷的四个可能的取向轴中的多个轴上。例如，在自旋轴沿着0°-180°和90°-270°指向的样本中，磁体428可以被布置为在45°-225°方向上施加磁场，使得沿着自旋轴施加的磁场强度相等，并且沿着两个轴的时变磁场强度被一起测量。
在一些实施方式(例如，一些多向量磁力测量实施方式)中，磁体428被布置为以便通过使每一自旋轴暴露于不同磁场而将来自NV缺陷的PL强度线分裂成表示四个可能取向轴的四个个别线。例如，在上面给出的示例中，磁体428(在一些实施方式中，多于一个磁体)将被布置为在0°-180°方向和90°-270°方向上施加不同的磁场强度，使得可以独立地测量沿着轴的时变磁场强度。
注意，一些实施方式不包括磁体428。
尽管图4示出了一个输入光纤、一个输出光纤和一个光电检测器，但是在一些实施方式中，设备400包括多个输入光纤、多个输出光纤和/或多个光电检测器。
光纤的端部有时可以称为“输入端”或“输出端”，并且光纤有时可以称为“输入光纤”或“输出光纤”。这些术语并不意味着两个端部/光纤之间的任何必要的区别，而是与它们在磁力计内的特定布置和配置有关。
图5示出附接到电子自旋缺陷体500的光纤的示例。具体地，第一多个光纤502(例如，光纤束)附接到电子自旋缺陷体500的第一面504。第一多个光纤502将来自光源的输入光载送到电子自旋缺陷体500，通过第一面504将光引导到电子自旋缺陷体500中。
其他多个光纤506a、506b、506c和506d(例如，纤维束)附接到相应的其他面508a、508b、508c、508d。这些其他多个光纤506a、506b、506c、506d是输出光纤，其载送由电子自旋缺陷体500的自旋缺陷发射并通过相应的其他面508a、508b、508c、508d透射的光致发光。
第六面(电子自旋缺陷体500的下侧，图6中未标记)可以附接有输入或输出光纤，或者可以是搁置在基板上的面。在一些实施方式中，搁置在基板上的面是与电子自旋缺陷体500的深度(例如，最窄维度)正交的面。
多个光纤506a、506b、506c、506d中的每一个在与附接到电子自旋缺陷体500的端部相对的端部处光学地耦合到光电检测器512，例如，图4的光电检测器424。例如，多光纤耦合元件(图5中未示出)可以从多个光纤506a、506b、506c、506d中的每一个接收光致发光，并将光致发光组合为到光电检测器424的单个光学输入。在一些实施方式中，可以使用多个光电检测器，例如，每个多个光纤一个光电检测器，或者每个光纤束一个光电检测器。
在第一面504上使用多个输入光纤可以增加电子自旋缺陷体500中的电子自旋缺陷的激发幅度，这是因为来自每个输入光纤的光可以激发电子自旋缺陷体的相应部分中的自旋缺陷。在一些实施方式中，输入光纤附接到电子自旋缺陷体500的多个面。
在每个另一面508a、508b、508c、508d上使用多个输出光纤，以及使用多个面进行光致发光收集(与单个面相反)可以提高光致发光的效率，这是因为可以在来自电子自旋缺陷体500的较大立体发射角上收集输出光致发光。在等同的自由空间设备中，大量这种光致发光可能不会被收集透镜和/或光电检测器收集。
此外，如上所述，因为多个光纤502、506a、506b、506c、506d附接到电子自旋缺陷体500并且布置为将光耦合进或出电子自旋缺陷体(在一些实施方式中，经由粘合剂)，所以与自由空间光耦合相比，光耦合进和出电子自旋缺陷体500的效率提高。
在各种实施方式中，激发和收集效率的提高可以一起将整体量子效率从使用自由空间传输的约4％提高到使用光纤耦合传输的90％或甚至更高。量子效率是由检测器捕获的检测光子与由光源发射的输入光子的比率。
多个光纤(输入光纤和输出光纤两者)通过粘合剂附接到它们的相应面。例如，粘合剂可以介于每个光纤的端部与电子自旋缺陷体500的光纤所附接到的面之间。粘合剂可以被布置为使得其填充光纤与电子自旋缺陷体500之间的整个间隙。
在一些实施方式中，从输入光纤传递到电子自旋缺陷体500的输入光和/或从电子自旋缺陷500传递到输出光纤的光致发光在其到达/离开电子自旋缺陷体500的途中传递通过粘合剂。因此，粘合剂的光学属性可能是重要的。
在一些实施方式中，粘合剂具有与输入光纤和/或输出光纤的折射率基本上匹配的折射率。例如，粘合剂可以具有在输入光纤和/或输出光纤的折射率的约0.01内的折射率。在一些实施方式中，粘合剂具有在输入光纤和/或输出光纤的折射率的约0.1内的折射率，诸如在0.05内、在0.01内或在0.005内。
在一些实施方式中，为了不允许全内反射，粘合剂具有大于输入光纤和/或输出光纤的折射率并且小于电子自旋缺陷体的折射率的折射率。例如，粘合剂可以具有1.4与2.4之间的折射率。在一些实施方式中，粘合剂具有1.42与1.48之间的折射率。参考532nm光列出这些折射率。
此外，粘合剂不吸收第一(输入)波长或第二(光致发光)波长的光，例如，对于这些波长的光具有大于99％或大于90％的透明度。
将光纤耦合到电子自旋缺陷体的粘合剂可以是UV可固化光学胶，并且可以不同于将电子自旋缺陷体附接到基板的粘合剂。为了附接光纤，可以将光纤浸入粘合剂中并放置在非常靠近电子自旋缺陷体的它们期望的最终位置。施加UV照射以固化粘合剂并将光纤附接到电子自旋缺陷体。
为了减少内部反射和干涉，在一些实施方式中，光纤以对它们所附接到的电子自旋缺陷体的表面的法向角被附接，例如，以85°与95°之间或88°与92°之间的角度。也可以使用其他附接角度。
在一些情况下，可能期望对输入光或收集的光致发光中的任一者或两者进行滤波。例如，透射通过电子自旋缺陷体的输入光可以由输出光纤收集，并且贡献于测量的光致发光幅度，即使输入光不是光致发光。这可以降低磁场收集的灵敏度(例如，通过引入噪声)，或者会导致不正确的感测确定。
在输入侧，高激光功率可以在输入光纤内产生与NV发射波长(第二波长)重叠的荧光。因此，在一些实施方式中，系统的输入侧上的滤波器(例如，本文描述的任何光学滤波器类型和配置)可以被配置为滤除第二波长的光，同时使第一波长的光通过。
包括附接到一个或多个第一面的输入光纤和附接到一个或多个第二不同面的输出光纤(例如，专有地附接到一个或多个第一面的输入光纤和专有地附接到一个或多个第二面的输出光纤)可以提供感测、效率和/或滤波优点。例如，如下所述，用于单独光学功能的单独面允许在面上沉积薄膜光学滤波器以执行特定的滤波功能。
在一些实施方式中，电子自旋缺陷体的一个或多个面附接到输入光纤和输出光纤两者。
可以通过切割和/或裂开来限定电子自旋缺陷体500的面。在一些实施方式中，电子自旋缺陷体500的面对应于电子自旋缺陷体500的一个或多个晶面，例如，<100>面。
电子自旋缺陷体500的面可以被抛光，以便增加进/出电子自旋缺陷体500的光传输，以便允许更均匀地附接光纤，和/或以便提供用于沉积薄膜光学滤波器的光滑基板。
图6A-图6C示出如本文所述的光纤耦合磁力计中的三种可能的光滤波方法。这些方法中的每一种可以单独使用，或者它们可以彼此结合使用。
图6A示出集成到光纤600(例如，输入光纤或输出光纤)中的滤波器602的示例。在光致发光601通过的输出光纤中，滤波器602可以是被配置为使第二(光致发光)波长的光通过同时阻挡第一(输入波长)的光的滤波器。例如，滤波器602可以是带通滤波器，其中第二波长在通带中并且第一波长在通带之外，或者滤波器602可以是高通滤波器，其中第二波长大于截止波长并且第一波长小于截止波长。在一些实施方式中，滤波器602是陷波滤波器，其被配置为阻挡第一波长的光并使第二波长的光通过。多个滤波器可以集成到单个光纤中。光纤内光学滤波器可以包括例如布拉格光栅。
图6B示出设置在电子自旋缺陷体608的面606上的薄膜滤波器604的示例。薄膜滤波器604包括一起执行光学滤波功能的多个不同层610。在薄膜滤波器604的暴露表面612上，粘合剂614将输出光纤616附接到薄膜滤波器604，使得从电子自旋缺陷体608的点缺陷发射的光致发光618通过薄膜滤波器604，被进行滤波，并且随后由输出光纤616收集。
尽管该示例示出了用于光致发光收集的薄膜滤波，但是薄膜滤波器也可以用在输入光被引导到其中的电子自旋缺陷体的面上。
薄膜滤波器604的层610是介电材料(例如，掺杂玻璃、聚合物或金属氧化物)或其他材料，其具有使得薄膜滤波器604作为整体执行滤波，以例如阻挡第一波长的光，同时使第二波长的光通过的相对折射率。例如，在一些实施方式中，层610形成四分之一波长堆叠，其具有覆盖第一波长但不覆盖第二波长的阻带。在一些实施方式中，层610形成具有覆盖第二波长但不覆盖第一波长的通带的法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔(例如，具有插入的间隔层的两个四分之一波长堆叠)。也可以使用层610的其他配置。
在一些实施方式中，层610中的一个或多个具有小于约500nm，诸如小于400nm、小于300nm或小于200nm的厚度。在一些实施方式中，层610中的一个或多个具有约t＝λ2/(4n)的厚度，其中λ2是第二波长，并且n是一个或多个层的折射率。在一些实施方式中，层610中的一个或多个具有约t＝λ1/(4n)的厚度，其中λ1是第一波长，并且n是一个或多个层的折射率。在一些实施方式中，层610中的至少三个相邻层具有交替的较高折射率和较低折射率。
可以使用热蒸发、电子束蒸发、溅射(例如，离子束溅射)或另一种沉积方法来沉积层610。在一些实施方式中，为了制造磁力计，输入光纤将附接到的第一面被掩蔽，并且其他面同时或顺序地暴露于薄膜滤波器沉积，以形成阻挡第一波长的光同时使第二波长的光通过的薄膜滤波器。随后或之前，在一些实施方式中，在第一面暴露于不同的薄膜沉积工艺的同时掩蔽其他面，该不同的薄膜沉积工艺产生薄膜滤波器以阻挡第二波长的光，同时使第一波长的光通过。
图6C示出光纤耦合滤波的示例。输出光纤620光学地耦合到分立光纤耦合光学滤波器622，光纤耦合光学滤波器622本身光学地耦合到光电检测器624。光致发光626由输出光纤620收集，被传送到光学滤波器622，被进行滤波以阻挡第一波长的光同时使第二波长的光通过，并且随后被传送到光电检测器624。光学滤波器622可以单独地或与可以沿着输出光传输路径光学地耦合的其他滤波器组合地执行本公开中描述的任何或所有滤波功能。
尽管此示例示出用于光致发光收集的分立光纤耦合滤波，但也可以使用分立光纤耦合滤波器来过滤输入光。另外，分立光纤耦合光学滤波器可以位于位置或配置中，例如，光纤耦合滤波器的输出可以附接到光学地耦合到光电检测器的另一光纤。
诸如“阻止”和“通过”的滤波操作是相对术语。例如，如本文所述的输出耦合光学滤波器可以“阻挡”第一波长的光并且“通过”第二波长的光，这是因为滤波器透射比第一波长的光更高比例的第二波长的光。
图6A-图6C中所示的每个滤波方案可以在设备尺寸上以很少代价或没有代价来实现，而自由空间光输入/收集设备中的光滤波可能需要显著更大的分立滤波组件。具体地，与没有光学滤波的磁力计相比，可以在磁力计形状因子基本上没有改变的情况下实现光纤集成和薄膜滤波方案，并且可以使用紧凑的光纤耦合滤波器来实现光纤耦合分立滤波方案。相比之下，自由空间光学滤波器通常明显更大。
类似地，本公开中描述的光纤磁力计可以小于可比较的自由空间磁力计，这是因为可以省略自由空间磁力计中所需的分立透镜和反射镜。
除了输入效率、输出效率和形状因子的上述优点之外，本公开中描述的光纤磁力计可以需要较少的校准并且可以比可比较的自由空间磁力计更可靠(例如，在机械上更稳健)，这是因为与自由空间光学器件相比，光纤耦合光学器件可能不太可能未对准或失去对准。
本公开中描述的至少一些磁力计可以根据图7中所示的示例方法来制造。输出光纤附接到电子自旋缺陷体的第二面(700)。在一些实施方式中，首先将粘合剂沉积到第二面上，并且随后通过粘合剂将输出光纤附接到第二面。在一些实施方式中，首先将粘合剂施加到输出光纤，并且然后将光纤和粘合剂附接到电子自旋缺陷体。
输入光纤附接到电子自旋缺陷体的第一不同面(702)。
在一些实施方式中，在将输出光纤附接到第二面之前，将薄膜光学滤波器沉积形成(例如，沉积)到电子自旋缺陷体的第二面上。薄膜光学滤波器被配置为使由电子自旋缺陷体中的自旋缺陷发射的光致发光通过，同时阻挡另一波长的光，例如，将自旋缺陷从基态激发到激发态的波长的光。
在一些实施方式中，输出光纤包括嵌入式光学滤波器(例如，布拉格滤波器)，该嵌入式光学滤波器被配置为使光致发光通过同时阻挡另一波长的光。
光电检测器可以光学地耦合到输出光纤，并且光源可以光学地耦合到输入光纤，如本公开中其他地方所述。光源可以被配置为发射激发自旋缺陷的波长的光。在整个本公开中公开了关于光纤耦合磁力计的进一步细节，包括薄膜光学滤波器的细节。
图8示出根据本公开的一些实施方式的示例方法800。将第一波长的输入光提供到第一光纤的输入端(802)。第一光纤的输出端附接到电子自旋缺陷体的第一面，并且被布置为将输入光引导到电子自旋缺陷体的第一面中。电子自旋缺陷体暴露于时变磁场。
在光电检测器处，接收从电子自旋缺陷体发射的第二波长的光致发光(804)。光致发光由第二光纤从电子自旋缺陷体的第二面载送到光电检测器。第二光纤的输入端附接到电子自旋缺陷体的第二面。第二波长不同于第一波长，并且第二面不同于第一面。
基于接收的光致发光来确定关于时变磁场的信息(806)。
在整个本公开中公开了关于测量时变磁场的方法的进一步细节。
本文中所描述的基于电子自旋缺陷的磁力测量技术和设备对于紧凑室温磁力测量是可行的，并且对大磁场变化是稳健的。在一些实施方式中，磁力计可以用于诸如心磁图的应用中以检测来自心脏的磁场。特别地，紧凑、稳健的基于自旋缺陷的磁力计可以用于检测从心脏发出的磁场，以用于各种心脏状况的连续、长期监测和早期检测。
心血管疾病是世界范围内死亡的首要原因。由心脏生成的电场和磁场包含关于危险状况(诸如心脏病发作或心律失常)的发作的信息。然而，用于监测该重要器官的技术可能是庞大的、有噪声的，并且在非临床环境中一次只能使用最多几天，使得数据的连续获取充其量是有问题的。此外，当前的分析必须在获取数据之后由医疗专业人员执行，这严重限制了可以分析的数据量，并进一步增加了这些重要服务的成本(并减少了范围和可访问性)。
检测小磁场所需的传感器往往需要在屏蔽室中(例如光泵磁力计)或在低温下(例如SQUID)操作，使得连续获取和监测困难。在某些实施方式中，本文公开的磁力计可以用作测量来自心脏的磁场的量子传感器，并且可以在室温下在屏蔽室外操作，并提供高达100mT的大动态范围。此外，该设备可以构造使得它紧凑并且可以舒适地并靠近身体佩戴。
本文描述的磁力计还可以用于除心磁图之外的应用中。例如，磁力计可以用于测量神经元活动。在一些情况下，磁力计可以用于检测由芯片上的电流产生的磁场，从而直接映射芯片上电路活动。本公开中描述的磁力计可以用于期望高灵敏度磁场测量的任何应用中。
本说明书中描述的实施例和功能操作，诸如由处理器、微波场控制电路、光源驱动器执行的操作和分析，可以在数字电子电路中实现，或者在计算机软件、固件或硬件中实现，包括本说明书中公开的结构及其结构等同物，或者在它们中的一个或多个的组合中实现。实施例可以被实现为一个或多个计算机程序产品，即，在非暂时性计算机可读介质上编码的非暂时性计算机程序指令的一个或多个模块，用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、存储器设备、影响机器可读传播信号的物质组合、或它们中的一个或多个的组合。
术语“数据处理装置”涵盖用于处理数据的所有装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。除了硬件之外，该装置还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们中的一个或多个的组合的代码。传播信号是人工生成的信号，例如，机器生成的电、光或电磁信号，其被生成以对信息进行编码以传输到合适的接收器装置。
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以以任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序不一定对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)的文件的一部分中，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者存储在多个协调文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)中。计算机程序可以被部署为在一个计算机上或在位于一个站点处或分布在多个站点上并通过通信网络互连的多个计算机上执行。
作为示例，适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器两者，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。
虽然本说明书包含许多细节，但是这些细节不应被解释为对本公开或可能要求保护的范围的限制，而是作为特定于特定实施例的特征的描述。在本说明书中在分离实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施例中实现。此外，尽管上面可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但是在一些情况下可以从组合中去除来自所要求保护的组合的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求以所示的特定顺序或相继顺序执行这些操作，或者执行所有示出的操作，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施例中都要求这种分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或封装到多个软件产品中。
已经描述了数个实施例。然而，将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实施例在所附权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种磁力计，包括：
电子自旋缺陷体，包括多个晶格点缺陷；
微波场发射器，可操作以将微波场施加到电子自旋缺陷体；
光源，被配置为发射第一波长的输入光，所述第一波长的输入光将电子自旋缺陷体的多个晶格点缺陷从基态激发到激发态；
第一光纤，具有输入端和输出端，所述输入端光学地耦合到光源，其中，输出端附接到电子自旋缺陷体的第一面，并且被布置为将输入光引导到所述电子自旋缺陷体的第一面中；
第二光纤，具有输出端和输入端，其中，所述第二光纤的输入端附接到电子自旋缺陷体的第二面，并且被布置为接收通过电子自旋缺陷体的第二面从电子自旋缺陷体发射的第二波长的光致发光，其中，第二波长不同于第一波长，并且其中，第二面不同于第一面；以及
光电检测器，光学地耦合到第二光纤的输出端。
2.根据权利要求1所述的磁力计，包括第三光纤，所述第三光纤具有输入端和光学地耦合到光电检测器的输出端，其中，第三光纤的输入端附接到电子自旋缺陷的第三面，并且被布置为通过第三面接收光致发光，并且其中，第三面不同于第一面和第二面。
3.根据权利要求1所述的磁力计，包括第三光纤，所述第三光纤具有输出端和光学地耦合到光源的输入端，其中，第三光纤的输出端附接到电子自旋缺陷体的第一面，并且被布置为将输入光引导到电子自旋缺陷体的第一面中。
4.根据权利要求1所述的磁力计，其中，所述第一光纤和第二光纤通过粘合剂附接到电子自旋缺陷体，所述粘合剂对第一波长的光和第二波长的光基本上是透明的。
5.根据权利要求1所述的磁力计，其中，所述第二光纤包括布拉格滤波器，所述布拉格滤波器被配置为使第二波长的光通过并阻挡第一波长的光。
6.根据权利要求1所述的磁力计，其中，所述第二面包括薄膜光学滤波器，所述薄膜光学滤波器被配置为使第二波长的光通过并阻挡第一波长的光。
7.根据权利要求1所述的磁力计，包括耦合到第二光纤的输出端的光学滤波器，其中，所述光学滤波器被配置为使述第二波长的光通过并阻挡第一波长的光。
8.根据权利要求1所述的磁力计，包括被布置为与电子自旋缺陷体相邻的磁体。
9.一种测量时变磁场的方法，包括：
将第一波长的输入光提供到第一光纤的输入端中，其中，第一光纤的输出端附接到电子自旋缺陷体的第一面，并且被布置为将输入光引导到电子自旋缺陷体的第一面中，并且其中，电子自旋缺陷体暴露于时变磁场；
在光电检测器处，接收从电子自旋缺陷体发射的第二波长的光致发光，其中，光致发光通过第二光纤从电子自旋缺陷体的第二面载送到光电检测器，其中，第二光纤的输入端附接到电子自旋缺陷体的第二面，其中，第二波长不同于第一波长，并且其中，第二面不同于第一面；以及
基于接收的光致发光来确定关于时变磁场的信息。
10.根据权利要求9所述的方法，包括对光致发光进行滤波以阻挡第一波长的光并使第二波长的光通过。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，对光致发光进行滤波包括使用嵌入在第二光纤中的布拉格滤波器对光致发光进行滤波。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，对光致发光进行滤波包括使用设置在电子自旋缺陷体的第二面上的薄膜光学滤波器对光致发光进行滤波。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，对光致发光进行滤波包括使用耦合到第二光纤的光纤耦合滤波器对光致发光进行滤波。
14.根据权利要求9所述的方法，包括向电子自旋缺陷体施加微波信号。
15.根据权利要求9所述的方法，包括向电子自旋缺陷体施加第二磁场。
16.一种制造磁力计的方法，包括：
将第二光纤的输入端附接到电子自旋缺陷体的第二面；以及
将第一光纤的输出端附接到电子自旋缺陷体的第一面，其中，第一面不同于第二面。
17.根据权利要求16所述的方法，包括：
在附接第二光纤的输入端之前，将薄膜光学滤波器沉积到电子自旋缺陷体的第二面上，其中，电子自旋缺陷体包括多个晶格点缺陷，并且其中，薄膜光学滤波器被配置为使由多个晶格点缺陷发射的第二波长的光致发光通过并阻挡不同于第二波长的第一波长的光。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一波长是将多个晶格点缺陷从基态激发到激发态的波长。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，沉积薄膜光学滤波器包括将多个介电膜沉积到第二面上。
20.根据权利要求17所述的方法，包括：
将光电检测器耦合到第二光纤的输出端；以及
将光源耦合到第一光纤的输入端，其中，光源被配置为发射第一波长的光。
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