CN117120863A - 金刚石光磁传感器 - Google Patents

Abstract

金刚石光磁传感器包含：金刚石，其具有带电子自旋的色心；以及反射面，其反射经由光学系统传播并射入到金刚石的内部的激发光，反射面反射从被激发光激发的色心放射的放射光，使其向光学系统的方向聚光。

Description

金刚石光磁传感器

技术领域

本公开涉及金刚石光磁传感器。本申请主张基于2021年3月31日申请的日本申请第2021-059798号的优先权，援引上述日本申请中记载的全部记载内容。

背景技术

已知有使用了金刚石的NV中心(以下，称为NV中心)的光磁传感器。当由进入金刚石中的碳的取代位置的氮和与该氮相邻的空穴构成的NV中心带负电时，其基态形成为三重态(即，自旋S为S＝1)。当通过波长532nm(即，绿色光)对该NV中心进行激发时，发出波长637nm(即，红色光)的荧光。荧光的发光强度根据自旋状态而变化，自旋状态因施加于NV中心的磁场与基于微波或无线电波的磁共振而变化，因此能够用作金刚石光磁传感器。

金刚石光磁传感器由以下构成：含有NV中心的金刚石基板；传输来自光源的激发光并照射至NV中心的光学系统；将来自NV中心的荧光聚光并传输至光检测器的光学系统；以及传输来自电源的微波并照射至NV中心的波导。

例如，在下述非专利文献1中，公开了在共面波导上载置金刚石传感器而照射微波的结构。金刚石基板的形状为长方体，激发光从金刚石基板的旁边照射，荧光从金刚石基板上聚光。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：增山雄太、波多野雄治、岩崎孝之、波多野睦子，“コプレーナ導波路を用いた高感度マクロダイヤモンド磁力計(使用了共面波导的高灵敏度宏观金刚石磁强计)”，第七十九次应用物理学会秋季学术演讲会演讲预稿集(发行日：2018年9月5日)

发明内容

本公开的一个方面所涉及的金刚石光磁传感器包含：金刚石，其具有带电子自旋的色心；以及反射面，其反射经由光学系统传播并射入到金刚石的内部的激发光，反射面反射从被激发光激发的色心放射的放射光，使其向光学系统的方向聚光。

本公开的另一方面所涉及的金刚石光磁传感器包含：金刚石，其具有带电子自旋的色心；微小部分，其能够使经由光学系统传播的激发光射入到金刚石的内部；以及反射面，其反射从被从微小部分射入的激发光激发的色心放射的放射光，使其向引导至受光元件的受光光学系统的方向聚光，反射面具有比微小部分大的面积，反射面通过多个光路将从同一位置向不同方向放射的放射光引导至受光光学系统。

附图说明

图1是表示与Ib型金刚石相关的光的透射率的图表。

图2是表示自旋检测对比度比与激发光的功率密度之间的关系的图表。

图3是表示本公开的实施方式所涉及的金刚石光磁传感器的立体图。

图4是表示图3所示的金刚石光磁传感器和光纤的配置的三视图。

图5是表示将聚光元件设置于金刚石光磁传感器与光纤之间的结构的侧视图。

图6是表示射入到金刚石光磁传感器的NV中心的激发光的光路的示意图。

图7是表示从金刚石光磁传感器的NV中心放射的荧光的光路的示意图。

图8是表示不考虑折射率而从金刚石放射的荧光的光路的示意图。

图9是表示考虑折射率而从金刚石放射的荧光的光路的示意图。

图10是表示在设置有反射镜的情况下从金刚石放射的荧光的光路的示意图。

图11是表示从角锥棱镜形状的金刚石放射的荧光的光路的示意图。

图12是表示第一变形例所涉及的金刚石光磁传感器的结构的剖视图。

图13是表示第二变形例所涉及的金刚石光磁传感器的结构的二视图。

图14是表示与图13不同的第二变形例所涉及的金刚石光磁传感器的结构的立体图。

图15是表示第三变形例所涉及的金刚石光磁传感器的结构的侧视图。

图16是表示第四变形例所涉及的金刚石光磁传感器的结构的立体图。

图17是表示第五变形例所涉及的金刚石光磁传感器的结构的立体图。

图18是表示图17所示的金刚石光磁传感器和光纤的配置的三视图。

图19是表示前端部的形状与图17所示的金刚石光磁传感器不同的金刚石光磁传感器的剖视图。

图20是表示第六变形例所涉及的金刚石光磁传感器的结构的立体图。

图21是表示前端部的形状与图20所示的金刚石光磁传感器不同的金刚石光磁传感器的剖视图。

图22是表示第七变形例所涉及的金刚石光磁传感器的结构的立体图。

图23是表示前端部的形状与图22所示的金刚石光磁传感器不同的金刚石光磁传感器的剖视图。

图24是表示第八变形例所涉及的金刚石光磁传感器的结构的立体图。

图25是表示前端部的形状与图24所示的金刚石光磁传感器不同的金刚石光磁传感器的剖视图。

图26是表示对激发光以及荧光进行空间传输的结构的一个例子的示意图。

图27是表示实施例1的结构的示意图。

图28是表示图27所示的微波照射部的结构的立体图。

图29是表示实验结果的图表。

图30是表示比较结果的图表。

图31是表示实施例2的结构的示意图。

具体实施方式

[本公开所要解决的问题]

传输来自光源的激发光并向NV中心照射的光学系统将NV中心的自旋状态初始化，为了读取之后的变化而照射激发光。为了获得作为光磁传感器的高响应性和高灵敏度，需要尽可能均匀、强有力且宽范围地对NV中心进行激发光的照射。

对来自NV中心的荧光进行聚光并传输至光检测器的光学系统对根据NV中心的自旋状态而变化的荧光进行聚光。为了获得作为光磁传感器的高响应性和高灵敏度，需要从尽可能宽的范围高效地对来自NV中心的荧光进行聚光。

即，优选能够进一步提高从金刚石的NV中心放射的荧光的聚光效率、对NV中心进行激发的激发光的吸收效率以及激发光的照射功率密度。以下对各问题进行具体说明。

(荧光的聚光效率)

将传输荧光的光纤的纤芯的直径设为将数值孔径设为Nc，将金刚石的折射率设为n，将能够对来自金刚石内部的NV中心的荧光进行聚光的区域的直径设为/>将能够聚光的深度设为dd，将能够聚光的数值孔径设为Nd。在此，关于/>与Nd的积，由于是拉格朗日不变量定律和金刚石表面的折射，因此存在基于下式的限制，

另外，关于dd，

例如，在光纤的端部，在将金刚石与纤芯紧贴地配置的情况下，可以认为由式1导出

Nd＜Nc/n (式3)

市售的光纤的数值孔径Nc为约0.07至约0.5的范围。其中，即使选择使用数值孔径大(例如Nc＝0.5)的光纤，由于金刚石的折射率n约为2.5，因此根据式3，能够聚光的数值孔径Nd为Nd＜0.2。因而，若考虑到来自NV中心的荧光大致向全天周随机地放射，则到达光纤的纤芯的端面并在光纤中传输的荧光的聚光率η相对于全天周的立体角4πsr(球面度)为，

η≈(0.2×0.2×π)/(4×π)＝0.01 (式4)

最大也止步于1％的效率。

例如，可考虑在金刚石与光纤的端面的纤芯之间配置物镜来进行聚光。在该情况下，若将物镜的数值孔径设为Nt，则在将光学系统的倍率设为Nt/Nc时效率最大。但是，在该情况下，根据上述的式1，对于数值孔径Nd，存在如下限制：

Nd＜Nt/n (式5)

物镜的数值孔径Nt即使较大也止步于约大于1，因此即使与数值孔径Nc较大(例如Nc＝0.5)的光纤组合，金刚石的折射率n也约为2.5，因此根据式5，Nd＜0.4。因而，到达光纤的纤芯的端面并在光纤中传输的荧光的聚光率η为，

η≈(0.4×0.4×π)/(4×π)＝0.04 (式6)

最大也止步于4％的效率。

这样，若为了便于进行高电压的电力设备中的测量而在从NV中心向光检测器的荧光的传输中使用光纤，则来自NV中心的荧光的聚光率止步于最多几％左右的较低的效率。

作为金刚石光磁传感器的灵敏度δB(即，检测磁场B的分辨率)的理论式，已知有下述的式7。

[数1]

在式7中，γ为磁旋比(即，常数)，是接近于电子的磁旋比(1.76×10¹¹rad/s/T)的值。η为荧光的检测效率，即聚光效率，如上所述，止步于几％。C为后述的自旋检测对比度比(即，红色光亮度的降低率)。N为存在于被照射激发光且荧光被聚光的区域的带负电荷的NV中心的数量。T₂为电子自旋的横向弛豫时间。根据上述灵敏度的理论式(式7)，并且在光磁传感器中，光子噪声决定测定灵敏度的极限，因此优选荧光的聚光效率η较高，但是如上所述，荧光的聚光效率为几％而不足。

(激发光的吸收效率)

为了对NV中心的自旋状态进行初始化并读取之后的变化，照射波长532nm的激发光。激发光的光源容易使用绿色光的半导体激光器或YAG的2倍波的固体激光器。金刚石根据杂质的有无、杂质的种类进行分类。其中，含有氮原子作为杂质(即，具有NV中心)的Ib型在金刚石的种类中看起来比较黄，透射率低。图1表示与Ib型金刚石相关的光的透射率。纵轴表示透射率(％)，横轴表示波长(μm)。在图1中，横轴的标度隔着波长为1.0μm处而不同。从图1可知，即使是Ib型金刚石，波长532nm(即，0.532μm)的绿色光也以一定程度透过，因此使金刚石吸收光所需的吸收长度超过几mm。在金刚石基板的光路长度较短(例如厚度较薄)的情况下，激发光几乎全部透过，因此激发光的吸收效率较差。

(激发光的照射功率密度)

关于在Ib型的金刚石基板中形成的NV中心，通过实验对自旋检测对比度比(即，红色光亮度的降低率)与激发光的功率密度之间的关系进行了评价。将其结果示于图2。在图2中，纵轴表示自旋检测对比度比，横轴表示激发光的功率密度。从图2可知，为了将自旋检测对比度比增大到0.06以上，需要以20mW/mm²以上的功率密度照射激发光，以获得作为光磁传感器的高灵敏度。

另外，关于在Ib型的金刚石基板中形成的NV中心，通过实验对相对于微波的频率变化的响应速度(具体而言为时间常数)与激发光的功率密度之间的关系进行了评价。其结果是，可知为了获得作为光磁传感器的高响应速度，需要提高所照射的激发光的功率密度。

因而，本公开的目的在于提供一种荧光的聚光效率高、激发光的吸收效率以及功率密度高的金刚石光磁传感器。

[本公开的效果]

根据本公开，能够提供一种荧光的聚光效率高、激发光的吸收效率以及功率密度高的金刚石光磁传感器。

[本公开的实施方式的说明]

列举本公开的实施方式的内容进行说明。也可以将以下记载的实施方式的至少一部分任意地组合。

(1)本公开的第一方面所涉及的金刚石光磁传感器包含：金刚石，其具有带电子自旋的色心；以及反射面，其反射经由光学系统传播并射入到金刚石的内部的激发光，反射面反射从被激发光激发的色心放射的放射光，使其向光学系统的方向聚光。由此，能够提高荧光的聚光效率、激发光的吸收效率以及功率密度。因而，能够提高金刚石光磁传感器的响应性以及灵敏度。

(2)也可以是，激发光从光纤的输出部射入到金刚石，反射面使放射光聚光于光纤的输出部。由此，能够进一步提高荧光的聚光效率、激发光的吸收效率以及功率密度。因而，能够进一步提高金刚石光磁传感器的响应性以及灵敏度。

(3)本公开的第二方面所涉及的金刚石光磁传感器包含：金刚石，其具有带电子自旋的色心；微小部分，其能够使经由光学系统传播的激发光射入到金刚石的内部；以及反射面，其反射从被从微小部分射入的激发光激发的色心放射的放射光，使其向引导至受光元件的受光光学系统的方向聚光，反射面具有比微小部分大的面积，反射面通过多个光路将从同一位置向不同方向放射的放射光引导至受光光学系统。由此，能够提高荧光的聚光效率、激发光的吸收效率以及功率密度。因而，能够提高金刚石光磁传感器的响应性以及灵敏度。

(4)也可以是，激发光从光纤的输出部经由微小部分射入到金刚石，放射光经由反射面聚光于光纤的输出部。由此，能够进一步提高荧光的聚光效率、激发光的吸收效率以及功率密度。因而，能够进一步提高金刚石光磁传感器的响应性以及灵敏度。

(5)也可以是，金刚石光磁传感器还包含内含金刚石且使激发光以及放射光透过的构件，反射面形成于构件。由此，能够减少昂贵的金刚石的量，能够降低金刚石光磁传感器的成本。

(6)也可以是，反射面形成于金刚石。由此，不需要与金刚石分开地设置成为反射面的构件，进一步地，能够紧凑地形成由于金刚石与大气的折射率差较大而能够减小反射面处的临界角且反射效率高的传感器。

(7)也可以是，反射面形成于内含金刚石的构件。由此，仅对比金刚石容易加工的构件进行反射面的加工，激发光向金刚石的聚光变得容易。另外，作为构件，通过选择更接近于金刚石的折射率的材料，能够将与大气的折射率差保持得较大，使激发光容易射入到金刚石，并且能够减小反射面处的临界角，能够紧凑地形成反射效率高的传感器。

(8)也可以是，反射面包含连结焦点的曲面或多个平面。由此，能够进一步提高荧光的聚光效率。在此，焦点只要是在不同的两个以上的光路中该两个光路在比射入到金刚石时的间隔近的位置集中的点即可，也可以不是所谓的严格的光学焦点。在几何学上越集中于一点越优选，进一步优选为更多的多个光路集中于一点。

(9)也可以是，金刚石具有平面和球冠，也可以是，反射面由球冠形成。由此，荧光的聚光效率高的金刚石的形状设计变得容易。

(10)也可以是，金刚石具有两个球冠，也可以是，反射面由两个球冠中的第一球冠形成。由此，荧光的聚光效率高的金刚石的形状设计变得容易。

(11)也可以是，金刚石形成为多面体，也可以是，反射面由多面体的多个面形成。由此，荧光的聚光效率高的金刚石的制造变得容易。

(12)也可以是，反射面具有平面，也可以是，与激发光的入射轴垂直的面与平面所成的激发光的射入侧的角度为20°以上且70°以下。由此，能够实现荧光的聚光效率高的金刚石。

(13)也可以是，垂直的面与平面所成的角度为30°以上且50°以下。由此，能够实现荧光的聚光效率更高的金刚石。

(14)也可以是，金刚石具有角锥棱镜。由此，能够实现荧光的聚光效率更高的金刚石。

(15)也可以是，内含金刚石的构件具有角锥棱镜。由此，能够实现荧光的聚光效率更高的金刚石。

(16)也可以是，光学系统包含光纤，金刚石的大小为光纤的芯径的1/3以上且3倍以下。由此，能够将在光纤中传输的激发光高效地照射到金刚石，能够将从金刚石放射的荧光高效地射入到光纤。

(17)也可以是，光学系统包含光纤，金刚石为与以光纤的芯径为直径的圆内接的大小以上且与该圆外切的大小以下。由此，能够将在光纤中传输的激发光高效地照射到金刚石，能够将从金刚石放射的荧光高效地射入到光纤。

(18)也可以是，光学系统包含光纤以及透镜，经由光纤传播的激发光从透镜输出并射入到金刚石光磁传感器，也可以是，反射面将从色心放射的放射光聚光于透镜，也可以是，透镜的倍率为光纤的数值孔径的倒数，也可以是，金刚石的大小为光纤的芯径与数值孔径之积的80％以上且120％以下的范围。由此，能够将在光纤中传输的激发光经由透镜高效地照射到金刚石，能够将从金刚石放射的荧光经由透镜高效地输入到光纤。

[本公开的实施方式的详细内容]

在以下的实施方式中，对相同的部件标注相同的附图标记。它们的名称以及功能也相同。因而，不重复对它们的详细说明。

参照图3，本公开的实施方式所涉及的金刚石光磁传感器100由包含NV中心的金刚石形成。金刚石光磁传感器100形成为四面体。在图3中，四个点A、B、C以及D表示四面体的顶点。沿着边AD、BD以及CD分别表示X轴、Y轴以及Z轴。长度a、b以及c分别表示边AD、BD以及CD的长度。角度α表示边AD与边BD所成的角度。角度β表示边BD与边CD所成的角度。角度γ表示边CD与边AD所成的角度。金刚石光磁传感器100的晶体取向的配置是任意的，未必由X轴、Y轴以及Z轴进行规定。

在使用金刚石光磁传感器100对磁场等进行测定的情况下，例如，垂直于面ABC地射入激发光。由此，向金刚石光磁传感器100内部的NV中心照射激发光，使其放射荧光。金刚石光磁传感器100的面ABC(即，入射面)以外的三个面(即，面ABD、面BCD以及面ACD)被研磨成平坦的面，不设置镜子(例如，金属镀层、金属蒸镀等)就能够作为反射面而发挥功能。向全方位放射的荧光由金刚石光磁传感器100的面ABD、面BCD以及面ACD进行内部反射，从面ABC输出，能够由检测器检测到。

金刚石光磁传感器100的角度α、β以及γ是任意的。角度α、β以及γ均优选为90°。将该情况下的金刚石光磁传感器100的形状称为角锥棱镜。金刚石光磁传感器100的边a、b以及c优选满足0.5b≤a≤1.5b、0.5c≤a≤1.5c。

参照图4，在使用金刚石光磁传感器100进行磁场测定时，金刚石光磁传感器100配置为面ABC(参照图3)与光纤102的端部(即，激发光的输出部)对置。图4的右下方示出了作为图3所示的金刚石光磁传感器100的顶点的点A、B、C以及D。

光纤102只要配置为与金刚石光磁传感器100接近(包含抵接的情况)即可。优选地，光纤102配置为其光轴与金刚石光磁传感器100的面ABC(即，入射面)垂直。从光源(例如，激光二极管等)输出的光(例如，波长约为532nm)作为金刚石光磁传感器100的NV中心104的激发光，通过光纤102传输并射入到金刚石光磁传感器100。如上所述，从NV中心104放射的荧光被金刚石光磁传感器100的反射面(即，面ABD、面BCD以及面ACD)内部反射，从面ABC输出，通过光纤102传输至检测器。

此时，当金刚石的折射率为2.4时，由于折射率为2.4的物质的全反射的临界角为24.6度，因此金刚石光磁传感器100的反射面106(即，面ABD)与垂直于光纤102的光轴的垂直面108所成的角度θ(度)优选为20≤θ≤70(45-25≤θ≤45+25)。关于各反射面，通过将θ设定在该范围(即，以θ在该范围内的方式形成金刚石光磁传感器100)，能够将在金刚石光磁传感器100的内部射入到各反射面的光向金刚石光磁传感器100的前方且光纤102的中心轴方向反射。因而，能够增大激发光被用于NV中心的激发的比例，能够增大所放射的荧光射入到光纤102的比例。更优选为24.6≤θ≤65.4(45-20.4≤θ≤45+20.4)。进一步优选为38≤θ≤52(45-(20.4/3)≤θ≤45+(20.4/3))。

金刚石光磁传感器100的大小优选为光纤102的芯径(即，纤芯的直径)的1/3以上且3倍以下。金刚石光磁传感器100的大小例如是指与光纤102对置的面(即，激发光的入射面)的外接圆的大小。另外，金刚石光磁传感器100优选为与以光纤102的芯径为直径的圆内接的大小以上且与该圆外切的大小以下。由此，能够使通过光纤102传输的激发光高效地射入到金刚石光磁传感器100，使从金刚石光磁传感器100放射的荧光高效地射入到光纤102的纤芯。

另外，也可以在金刚石光磁传感器100与光纤102之间配置聚光元件。例如，参照图5，在金刚石光磁传感器100与光纤102之间配置有聚光元件110以及聚光元件112。由此，由光纤102传输并从光纤102的端部输出的激发光被聚光元件110以及聚光元件112聚光而照射到金刚石光磁传感器100。从金刚石光磁传感器100的NV中心放射的荧光由聚光元件112以及聚光元件110进行聚光，并射入到光纤102的纤芯的端部，由光纤102进行传输。

由聚光元件110以及聚光元件112构成的透镜的倍率优选为光纤102的数值孔径NA的倒数(即1/NA)。另外，金刚石光磁传感器100的大小优选为光纤102的芯径与数值孔径NA之积(即，/>)的80％以上且120％以下的范围。由此，能够使通过光纤102传输的激发光高效地射入到金刚石光磁传感器100，使从金刚石光磁传感器100放射的荧光高效地射入到光纤102的纤芯。

在上述中，对通过光纤102传输激发光以及荧光的情况进行了说明，但并不限定于此。也可以代替光纤102而使用将多个光纤纤芯捆扎而成的光导。

图6表示激发光在金刚石光磁传感器100内部的光路。参照图6，从光纤102传输的激发光(参照箭头)射入到金刚石光磁传感器100，通过多个反射面(即，图1的面ABD、面BCD以及面ACD)，在金刚石光磁传感器100的内部反射，并照射到NV中心104。即，不限于来自前方(即，光纤102侧)的激发光，也包含来自后方以及上下左右的激发光在内，来自全方位的激发光射入到NV中心104。因而，能够增大射入到NV中心的激发光的照射功率密度。在到达特定的NV中心为止的光路中吸收较小的情况下，与仅有来自前方的激发光的情况相比，能够将激发光的照射功率密度最大增大到6倍。由此，能够提高金刚石光磁传感器的灵敏度。

另外，被多个反射面反射而射入到NV中心104的激发光的光路比不被反射而直接射入到NV中心104的光路长(例如，约为2倍)。由此，能够使金刚石光磁传感器100内的激发光的光路接近于金刚石的吸收长度，能够增大激发光的吸收效率(即，吸收的量子效率)。即，由于被激发的NV中心的数量增大，因此所放射的荧光强度增大。由此，能够提高金刚石光磁传感器的灵敏度。

图7表示从金刚石光磁传感器100的NV中心放射的荧光的光路。参照图7，在金刚石光磁传感器100内部，被照射激发光后的NV中心104向全方位放射荧光(参照箭头)。其中，向前方(即，光纤102侧)放射的荧光直接射入到光纤102的端部(即，激发光的输出部)。另一方面，向后方以及上下左右放射的荧光由多个反射面(即，图1的面ABD、面BCD以及面ACD)在金刚石光磁传感器100的内部反射后，从金刚石光磁传感器100输出而射入到光纤102的端部(即，激发光的输出部)。即，能够使全方位放射的荧光向前方聚光，能够增大荧光的聚光效率。因而，能够提高金刚石光磁传感器的灵敏度。

参照图8～图11，对由金刚石光磁传感器100带来的荧光的聚光效率的增大效果更具体地进行说明。图8表示从矩形(例如，立方体)的金刚石的内部放射的荧光的光路。在此，将金刚石的折射率设为1，不作考虑。在该情况下，从一个观测面(即，左侧的面)输出放射光相对于中心轴的角度θ(度)为0≤θ≤45的范围(即，阴影区域)的光。因而，根据立体角的比率，能够检测到25％(＝π/(4π))的放射光。

在图9中，关于与图8相同形状的金刚石，考虑到金刚石的折射率n(即，约为2.5)，示出了从金刚石内部放射的荧光的光路。在该情况下，从观测面(左侧的面)输出放射光相对于中心轴的角度θ(度)为0≤θ≤17的范围(即，阴影区域)的光。θ＞17的光超过临界角，因此被左侧的面反射。因而，与图8不同，实际上，根据立体角的比率，只能检测到约2.3％(＝0.3²π/(4π))的放射光。

在图10中，关于在金刚石的一个面配置有反射镜的情况，与图9同样地考虑到金刚石的折射率n，示出了从金刚石内部放射的荧光的光路。为了方便，将与观测面垂直的方向的金刚石的大小设为图9的1/2。在该情况下，与图9同样地，从观测面(即，左侧的面)输出放射光相对于中心轴的角度θ(度)为0≤θ≤17的范围(即，阴影区域)的光。进一步地，以相同的角度范围向后方放射的光被反射镜向前方反射，以相同的角度范围从观测面输出。因而，从观测面(即，左侧的面)输出图9的情况的约2倍的光。根据立体角的比率，能够检测到约4.5％(＝(0.3²π)×2/(4π))的放射光。

图11示出了考虑到金刚石的折射率n而从角锥棱镜的金刚石的内部放射的荧光的光路。在该情况下，与图9同样地，从观测面(即，左侧的面)输出放射光相对于中心轴的角度θ(度)为0≤θ≤17的范围(即，阴影区域)的光。另外，关于在后方以及侧方以相同的角度范围(即，阴影区域)放射的光，角锥棱镜的观测面以外的面作为反射面而发挥功能，向前方反射而从观测面输出。根据立体角的比率，能够检测到约35％(＝((0.3²π)×2+0.6×2π)/(4π))的放射光。

如上所述，在图9所示的平坦的金刚石中，能够观测到从NV中心向前方放射的荧光的约2.3％。在设置有反射面的情况下，也止步于能够观测到荧光的约4.5％。与此相对地，通过使用角锥棱镜的金刚石，从NV中心向侧方以及后方放射的荧光也能够向前方聚光，能够观测到约35％的荧光。与平坦的金刚石的情况相比，聚光效率提高到约15倍。

以上，金刚石光磁传感器100能够提高荧光的聚光效率、激发光的吸收效率以及功率密度。因而，能够实现提高了响应性以及灵敏度的金刚石光磁传感器。

(第一变形例)

在上述中，对由金刚石构成金刚石光磁传感器的情况进行了说明，但并不限定于此。也可以包含金刚石以外的构件。第一变形例所涉及的金刚石光磁传感器包含金刚石以外的构件。

参照图12，金刚石光磁传感器120具有包含NV中心的金刚石122和内含金刚石122的玻璃124。玻璃124的形状是与图3所示的金刚石光磁传感器100相同的形状(例如，角锥棱镜)。关于玻璃124的各边的尺寸(即，图3所示的a、b以及c)以及角度(即，图3所示的α、β以及γ)的条件也只要与关于金刚石光磁传感器100而示出的条件相同即可。如上所述，在图12中，射入至入射面126的激发光在金刚石光磁传感器120的内部被反射面128反射，集中于单点划线的内部(以下，称为激发光增大区域)。因而，金刚石122只要是至少一部分存在于激发光增大区域的内部的大小即可，金刚石122的形状是任意的。通过由玻璃124形成金刚石的周围，能够减少金刚石的量，能够降低金刚石光磁传感器的成本。另外，由于将玻璃切削加工成角锥棱镜的形状即可，因此与对金刚石进行切削加工的情况相比，金刚石光磁传感器的制造变得容易。

如上所述，从金刚石122的NV中心放射的荧光被反射面128反射，并从入射面126输出。内含金刚石122的构件并不限定于玻璃。只要绿色的光(即，波长约为490～560nm)以及红色的光(即，波长约为630～800nm)的透射率较高即可，也可以是树脂。此外，由于玻璃124的折射率比金刚石小，因此优选将反射面128的表面加工为平坦来设置镜子(例如，金属镀层、金属蒸镀等)。

(第二变形例)

在上述中，对反射面为平面的情况进行了说明，但并不限定于此。第二变形例所涉及的金刚石光磁传感器具有曲面的反射面。

参照图13，金刚石光磁传感器130包含NV中心，具有平面的入射面132和曲面的反射面134。激发光射入到入射面132。反射面134例如是连结抛物面或椭圆体面等的焦点136的曲面。反射面134从入射面132侧观察为凹形即可。如果反射面134为凹形，则从入射面132射入到金刚石光磁传感器130的激发光在金刚石光磁传感器130内部被反射面134向前方(即，入射面132侧)反射。因而，激发光的光路变长，能够增大NV中心的激发光的吸收效率。从NV中心放射的荧光在金刚石光磁传感器130内部被反射面134向前方(即，入射面132侧)反射而聚光，并从入射面132输出。因而，能够增大荧光的聚光效率。

另外，金刚石光磁传感器的反射面也可以是球面。参照图14，金刚石光磁传感器140包含NV中心，具有平面的入射面142和曲面的反射面144。金刚石光磁传感器140是将半径r的球体用不通过其中心O的平面切除而得到的不包含中心O的球缺。反射面144是被切除的球面的一部分(即，球冠)。激发光从入射面142射入到金刚石光磁传感器140。射入到金刚石光磁传感器140的激发光在金刚石光磁传感器140内部被反射面144向前方(即，入射面142侧)反射。因而，激发光的光路变长，能够增大NV中心的激发光的吸收效率。从NV中心放射的荧光在金刚石光磁传感器140内部被反射面144向前方(即，入射面142侧)反射而聚光，并从入射面142输出。因而，能够增大荧光的聚光效率。关于图14所示的长度d以及长度e，优选为r＞d＞3r/4以及3r/2＞e＞r/2。长度d是入射面142的直径，长度e是球缺的高度(即，从入射面142到球冠的垂直距离的最大值)。

关于第二变形例所涉及的金刚石光磁传感器，与第一变形例同样地，也可以形成为包含含有NV中心的金刚石和内含该金刚石的玻璃。在该情况下，内含金刚石的玻璃形成为图13或图14所示的形状。

(第三变形例)

在上述中，对激发光的入射面为平面的情况进行了说明，但并不限定于此。第三变形例所涉及的金刚石光磁传感器具有曲面的入射面。

参照图15，金刚石光磁传感器150包含NV中心，具有曲面的入射面152和曲面的反射面154。入射面152以及反射面154均为球冠，金刚石光磁传感器150呈将两个球缺在平面接合而成的形状。激发光从入射面152射入到金刚石光磁传感器150。射入到金刚石光磁传感器150的激发光在金刚石光磁传感器150内部被反射面154向前方(即，入射面152侧)反射。因而，激发光的光路变长，能够增大NV中心的激发光的吸收效率。从NV中心放射的荧光在金刚石光磁传感器150内部被反射面154向前方(即，入射面152侧)反射而聚光，并从入射面152输出。因而，能够增大荧光的聚光效率。

如果反射面154由如图14所示那样对半径为r的球体进行切除而成的两个球缺形成，则关于图15所示的长度d以及长度e，优选为r＞d＞3r/4以及3r/2＞e＞r/2。若金刚石光磁传感器150为这样的形状，则在激发光与垂直于入射面152以及反射面154的接合面的轴平行地射入至入射面152的情况下，能够使激发光在金刚石光磁传感器150的内部聚光。

关于第三变形例所涉及的金刚石光磁传感器，与第一变形例同样地，也可以形成为包含含有NV中心的金刚石和内含该金刚石的玻璃。在该情况下，内含金刚石的玻璃形成为图15所示的形状。

(第四变形例)

在上述中，对金刚石光磁传感器为四面体的情况进行了说明，但并不限定于此。第四变形例所涉及的金刚石光磁传感器为五面体以上的多面体。

参照图16，金刚石光磁传感器160包含NV中心，形成为三棱柱(即，五面体)，具有入射面162和入射面162以外的四个反射面(即，反射面164等)。激发光从入射面162射入到金刚石光磁传感器160。射入到金刚石光磁传感器160的激发光在金刚石光磁传感器160内部被反射面164等多个反射面向前方(即，入射面162侧)反射。因而，激发光的光路变长，能够增大NV中心的激发光的吸收效率。从NV中心放射的荧光在金刚石光磁传感器160内部被反射面164等多个反射面向前方(即，入射面162侧)反射而聚光，并从入射面162输出。因而，能够增大荧光的聚光效率。

在使用金刚石光磁传感器160进行磁场测定的情况下，图16所示的角度δ优选为90度。入射面162优选为正方形，即，正交的两边的长度h和长度i相等。另外，关于长度f、g、h以及i，优选满足以下的关系。

g×(1/1.4-0.5)≤f≤g×(1/1.4+0.5)

h×(1/1.4-0.5)≤f≤h×(1/1.4+0.5)

i×(1/1.4-0.5)≤f≤i×(1/1.4+0.5)

金刚石光磁传感器也可以是六面体以上的多面体。另外，也可以是图13以及图14所示的曲面的反射面由多个平面近似而成的多面体。

关于第四变形例所涉及的金刚石光磁传感器，与第一变形例同样地，也可以形成为包含含有NV中心的金刚石和内含该金刚石的玻璃。在该情况下，内含金刚石的玻璃形成为五面体以上的多面体(例如，图16所示的三棱柱)。

(第五变形例)

在上述中，在金刚石磁传感器中，对检测从激发光射入的面输出的荧光的情况(即，激发光向金刚石磁传感器射入的射入方向与荧光从金刚石磁传感器输出的输出方向相反的情况)进行了说明，但并不限定于此。在第五变形例所涉及的金刚石光磁传感器中，激发光的射入方向与荧光的输出方向相同，对从与激发光射入的面不同的面输出的荧光进行检测。

参照图17，第五变形例所涉及的金刚石光磁传感器400由包含NV中心的金刚石形成，其形状为具有平坦的微小部分402的大致三棱锥(具体而言为三棱锥台)。金刚石光磁传感器400例如可以通过在图3所示的金刚石光磁传感器100中将包含顶点D的部分用预定的平面切取而形成。

参照图18，向金刚石光磁传感器400的激发光的照射通过使用光纤408向微小部分402的照射来进行。例如，激发光从光纤408向微小部分402的面垂直地照射。因而，从光纤408照射的激发光从微小部分402射入到金刚石光磁传感器400。通过射入到金刚石光磁传感器400的内部的激发光，从NV中心104放射荧光。所放射的荧光被反射面404反射，从输出面410输出，射入到光纤102。射入到光纤102的荧光通过光纤102传输到检测器。

微小部分402是面积比反射面404小的部分，只要满足向金刚石光磁传感器400的光学射入条件即可，也可以如后述那样不是平面。微小部分402优选为激光(即，激发光)能够射入的程度的亚μm以上的大小。另外，微小部分402的位置优选为使得射入至金刚石光磁传感器400的激发光所引起的来自NV中心的放射光(即，荧光)被反射面反射而能够朝向接收放射光的光学系统聚光的位置。此外，聚光是指将扩展的角度的光以朝向目标的方向的方式聚集的功能。

在上述中，对用于供激发光射入的微小部分402为平坦的情况进行了说明，但并不限定于此。参照图19，金刚石光磁传感器420具有微小部分422和反射面424。反射面424与反射面404同样地为大致三棱锥。微小部分422的形状不是平坦的，而是平滑的曲面。因而，如实线箭头所示，射入到微小部分422的激发光主要射入到金刚石光磁传感器420的内部。如虚线箭头所示，射入到微小部分422以外的部分(即，反射面424)的光主要被反射而无法进入金刚石光磁传感器420的内部。这样，微小部分的形状也可以不平坦，只要是激发光能够射入到金刚石光磁传感器420的内部的形状即可。通过射入到金刚石光磁传感器420的激发光，从NV中心104放射的荧光被反射面424反射，从激发光的射入侧的相对侧输出。

(第六变形例)

在第五变形例中，对包含NV中心的金刚石磁传感器为具有微小部分的大致三棱锥的情况进行了说明，但并不限定于此。参照图20，第六变形例所涉及的金刚石光磁传感器430具有微小部分432和反射面434，微小部分432以及反射面434整体形成为平滑的曲面。因而，如实线箭头所示，射入到微小部分432的激发光主要射入到金刚石光磁传感器430的内部。如虚线箭头所示，射入到微小部分432以外的部分(即，反射面434)的光主要被反射而无法进入金刚石光磁传感器430的内部。通过射入到金刚石光磁传感器430的激发光，从NV中心104放射的荧光被反射面434反射，从激发光的射入侧的相对侧输出。

此外，与第五变形例同样地，微小部分也可以是平坦的。参照图21，金刚石光磁传感器440具有微小部分442和反射面444，反射面444为平滑的曲面，微小部分442为平坦面。激发光以及荧光的光路与图20相同。

(第七变形例)

在第五变形例以及第六变形例中，对金刚石磁传感器整体由金刚石形成的情况进行了说明，但不限定于此。参照图22，第七变形例所涉及的金刚石光磁传感器450包含玻璃452和金刚石122，该玻璃452具有微小部分454以及反射面456。金刚石光磁传感器450与图12同样地，在玻璃452的内部内含有包含NV中心的金刚石122。玻璃452的形状为与图17以及图18所示的金刚石光磁传感器400相同的形状(即，三棱锥台)。因而，如实线箭头所示，射入到微小部分454的激发光主要射入到玻璃452的内部，并射入到金刚石122。如虚线箭头所示，射入到微小部分454以外的部分(即，反射面456)的光主要被反射而无法进入玻璃452的内部，不会射入到金刚石122。通过射入到玻璃452的激发光，从金刚石122的NV中心放射的荧光被反射面456反射，从激发光的射入侧的相对侧输出。

形成于玻璃的微小部分也可以不是平坦面。参照图23，金刚石光磁传感器460包含玻璃462和金刚石122，该玻璃462具有微小部分464以及反射面466。在玻璃462的内部内含有包含NV中心的金刚石122。玻璃462的形状与图19所示的金刚石光磁传感器420相同。即，微小部分464不是平坦的，而是平滑的曲面。激发光以及荧光的光路与图22相同。

如上所述，金刚石122只要是至少一部分存在于激发光增大区域(即，图12的单点划线内)的内部的大小即可，金刚石122的形状是任意的。通过由玻璃形成金刚石的周围，能够减少金刚石的量，能够降低金刚石光磁传感器的成本。另外，由于对玻璃进行切削加工即可，因此与对金刚石进行切削加工的情况相比，金刚石光磁传感器的制造变得容易。

(第八变形例)

内含金刚石的玻璃的形状并不限定于上述的形状。参照图24，第八变形例所涉及的金刚石光磁传感器470包含玻璃472和金刚石122，该玻璃472具有微小部分474以及反射面476。玻璃472内含有包含NV中心的金刚石122。玻璃472的形状为与图20所示的金刚石光磁传感器430相同的形状。即，玻璃472的微小部分474以及反射面476整体形成为平滑的曲面。因而，如实线箭头所示，射入到微小部分474的激发光主要射入到玻璃472的内部，并射入到金刚石122。如虚线箭头所示，射入到微小部分474以外的部分(即，反射面476)的光主要被反射而无法进入玻璃472的内部，不会射入到金刚石122。通过射入到玻璃472的激发光，从金刚石122的NV中心放射的荧光被反射面476反射，从激发光的射入侧的相对侧输出。

此外，玻璃的微小部分也可以是平坦的。参照图25，金刚石光磁传感器480包含玻璃482和金刚石122，该玻璃482具有微小部分484以及反射面486。玻璃482内含有包含NV中心的金刚石122。玻璃482的形状是与图21所示的金刚石光磁传感器440相同的形状。微小部分484为平滑的曲面，玻璃482为平坦面。激发光以及荧光的光路与图24相同。

此外，从光的透射率、加工容易性以及处理容易性的观点出发，上述玻璃优选为石英玻璃。玻璃能够使激发光以及荧光透过90％以上，进一步优选为折射率大的材料。这是因为，在玻璃的反射面(例如图22的反射面456等)进行全反射的临界角度变大，能够聚光的荧光变多。另外，这是因为，在玻璃与金刚石的边界面(例如图22的玻璃452与金刚石122的边界面)，内部反射变少，光(即，激发光)容易侵入金刚石内部。

能够使用上述的金刚石光磁传感器构成传感器单元。即，如上所述，传感器单元包含：金刚石光磁传感器，其包含NV中心；照射部，其向金刚石光磁传感器照射激发光；检测部，其检测来自金刚石光磁传感器的NV中心的放射光；以及光波导，其传输激发光以及放射光。由此，能够实现快响应性和高灵敏度的传感器单元。

在上述中，对金刚石光磁传感器包含NV中心的情况进行了说明，但并不限定于此。只要是具有带电子自旋的色心的金刚石光磁传感器即可。带电子自旋的色心是形成自旋三重态并通过被激发而发光的中心，NV中心是代表例。除此之外，已知在硅-空穴中心(即，Si-V中心)、锗-空穴中心(即，Ge-V中心)、锡-空穴中心(即，Sn-V中心)中也存在带电子自旋的色心。因而，也可以使用包含它们的金刚石代替包含NV中心的金刚石来构成金刚石光磁传感器。

在上述中，对通过光纤将激发光以及荧光传输至金刚石光磁传感器的情况进行了说明，但并不限定于此。激发光以及荧光也可以被空间传输。例如，参照图26，能够使从光源500输出的激发光通过准直透镜502而成为平行光，由分色镜504反射，并通过准直透镜506聚光而照射至金刚石光磁传感器100。从金刚石光磁传感器100的NV中心放射的荧光通过准直透镜506而成为平行光，通过分色镜504，通过准直透镜508聚光并由光检测器510检测到。

实施例1

以下，通过实施例示出本公开的有效性。在金刚石光磁传感器中使用了切割为图3所示的角锥棱镜的元件和作为比较例的平板状的元件。

使用类型Ib型的金刚石，以电子束的加速能量为3MeV、电子束的剂量为3×10¹⁸个/cm²向其中注入电子，之后，在800℃下退火约1小时，生成包含NV中心的金刚石。将其切割成斜边为1mm的角锥棱镜，制作金刚石光磁传感器。另外，切割为边长为1mm的立方体，制作作为比较例的金刚石光磁传感器。

使用图27所示的结构的测定装置，对具有NV中心的金刚石光磁传感器照射激发光，对从NV中心放射的荧光强度进行测定。参照图27，测定装置中的、用于向金刚石光磁传感器210照射激发光的结构(即，照射系统)包含光源200、准直透镜202、分色镜204、球透镜206以及光纤208。用于对从金刚石光磁传感器210放射的荧光进行观测的结构(即，观测系统)包含光纤208、球透镜206、分色镜204、LPF(Long Pass Filter：长通滤波器)212以及光检测器214。用于向金刚石光磁传感器210照射微波的结构(即，微波系统)包含同轴电缆220、微波照射部222以及终端电阻224。

产生激发光的光源200使用LD(激光二极管)元件(具体而言，Thorlabs公司制造的L515A1)，产生5mW的绿色的激光(即，激发光)。使从光源200输出的激发光通过准直透镜202聚光后，射入到分色镜204。准直透镜202使用了Thorlabs公司制造的LA1116-A，分色镜204使用了骏河精机株式会社制造的SO6-RG。射入到分色镜204的激发光(即，绿色光)被分色镜204反射。通过球透镜206对该反射光进行聚光，并使其射入到光纤208(具体而言为纤芯)，在光纤208中传输后，照射到金刚石光磁传感器210。球透镜206使用了Opto Sigma公司制造的MS-08-4.35P1(直径为8mm)。光纤208使用了纤芯直径为φ0.9mm的光数字电缆。

使从金刚石光磁传感器210放射的荧光中的射入到光纤208的荧光在光纤208中传播后，通过球透镜206形成为平行光，并射入到分色镜204。射入到分色镜204的荧光(即，红色光)透过分色镜204而射入到LPF212。由光检测器214对通过LPF212后的荧光进行检测。LPF212使预定波长以上的波长的光通过，将比预定波长小的波长的光截止(例如反射)。LPF212使用了Opto Sigma公司制造的LOPF-25C-593。光检测器214使用了光电二极管(具体而言为浜松光子学株式会社制造的S6967)。金刚石的放射光为红色光，通过LPF212，但激发光的波长比该金刚石的放射光的波长短，因此不通过LPF212。由此，抑制了从光源200放射的激发光被光检测器214检测到而成为噪声、使检测灵敏度降低的情况。

使用同轴电缆220以及微波照射部222将由微波产生装置(未图示)产生的微波(1W)传输至金刚石光磁传感器210。同轴电缆220使用了特性阻抗50Ω的同轴电缆。参照图28，微波照射部222为共面线路，在电绝缘性的柔性基板300的表面相互隔离地形成有导电体302以及导电体304。导电体302以及导电体304由铜箔形成，在区域306中使用50Ω的终端电阻224(参照图27)而终止。金刚石光磁传感器210(参照图27)配置于区域308。使向金刚石光磁传感器210照射的微波的频率在2.74GHz～2.94GHz的范围内变化，向金刚石光磁传感器210照射激发光，作为所产生的荧光的观测，对光检测器214的输出电压进行测定。

将测定结果示于图29以及图30。图29表示使用角锥棱镜的金刚石作为金刚石光磁传感器210的结果。图30表示使用平板的金刚石作为金刚石光磁传感器210的比较例的结果。纵轴是表示荧光强度的电压(V)，横轴是微波的频率。黑圆对测定数据进行描绘。

根据图29所示的结果，荧光强度约为2440mV，作为自旋检测对比度比(即，红色光亮度的降低率，图表的谷的大小s除以荧光强度而得到的值)，得到约2％。因而，将它们相乘而得到的信号强度约为50mV。另一方面，根据图30的图表，荧光强度约为520mV，作为对比度比，得到约0.3％。将它们相乘而得到的信号强度约为1.7mV。因而，通过使用角锥棱镜的金刚石光磁传感器，能够将荧光强度增大至约5倍，能够将对比度比增大至约6倍。因而，能够将信号强度显著增大至约30倍。

实施例2

与实施例1同样地，在金刚石光磁传感器中使用切割成图3所示的角锥棱镜的元件，作为比较例使用平板状的元件，进行通过空间传输来传输激发光以及荧光的实验。

与实施例1同样地制作金刚石光磁传感器。即，使用类型Ib型的金刚石，以电子束的加速能量为3MeV、电子束的剂量为3×10¹⁸个/cm²注入电子，之后，在800℃下退火约1小时，生成包含NV中心的金刚石。将其切割成斜边为1mm的角锥棱镜，在顶点部分形成微小部分(即，激发光向金刚石的射入部)，制作金刚石光磁传感器。另外，切割成边长为1mm的立方体，制作作为比较例的金刚石光磁传感器。

使用图31所示的结构的测定装置，对具有NV中心的金刚石光磁传感器的顶点(即，微小部分)照射激发光(参照图18)，对从NV中心放射的荧光强度进行测定。参照图31，测定装置中的、用于向金刚石光磁传感器210照射激发光的结构(即，照射系统)包含光源200以及准直透镜202。用于对从金刚石光磁传感器210放射的荧光进行观测的结构(即，观测系统)包含LPF212以及光检测器214。用于向金刚石光磁传感器210照射微波的结构(即，微波系统)包含同轴电缆220、λ/4变量器520以及λ/4开路短截线522。

光源200、准直透镜202以及光检测器214使用了与实施例1相同的构件。LPF212与实施例1不同，使用了Thorlabs公司制造的FGL590。同轴电缆220使用了与实施例1相同的特性阻抗50Ω的同轴电缆。λ/4变量器520由微带线线路构成，其阻抗为20Ω。λ/4开路短截线522由平行二线线路构成，其阻抗为300Ω。λ/4变量器520作为阻抗转换器而发挥功能，能够在同轴电缆220与作为谐振器的λ/4开路短截线522之间高精度地转换阻抗，能够将微波高效地照射到金刚石光磁传感器210。

作为激发光，照射5mW的绿光。将激发光的光斑缩小至直径为20μm，使功率密度为3W/mm²。1W的微波在频率为2.74GHz至2.94GHz的范围内扫频，向金刚石光磁传感器210照射激发光，对所产生的荧光进行测定。其结果是，在切割成角锥棱镜的金刚石以及比较例的金刚石的任一者中，作为响应速度均得到30μ秒。与荧光强度对应的光检测器214的光电二极管中的光电流在比较例的金刚石的情况下为10μA，与此相对地，在切割成角锥棱镜的金刚石的情况下，得到100μA。

以上，通过对实施方式进行说明而对本公开进行了说明，但上述的实施方式是示例，本公开并不仅限于上述的实施方式。本公开的范围在参考发明的详细说明的记载的基础上，由权利要求书的各权利要求示出，包含与在此记载的语句等同的含义以及范围内的全部变更。

附图标记说明

100、120、130、140、150、160、210、400、420、430、440、450、460、470、480：金刚石光磁传感器；

102、208、408：光纤；

104：NV中心；

106、404、424、434、444、456、466、476、486：反射面；

108：垂直面；

110、112：聚光元件；

122：金刚石；

124、452、462、472、482：玻璃；

126、132、142、152、162：入射面；

128、134、144、154、164：反射面；

136：焦点；

200、500：光源；

202、502、506、508：准直透镜；

204、504：分色镜；

206：球透镜；

212：LPF；

214、510：光检测器；

220：同轴电缆；

222：微波照射部；

224：终端电阻；

300：柔性基板；

302、304：导电体；

306、308：区域；

402、422、432、442、454、464、474、484：微小部分；

410：输出面；

520：λ/4变量器；

522：λ/4开路短截线；

A、B、C、D：点；

a、b、c、d、e、f、g、h、i：长度；

O：中心；

r：半径；

α、β、γ、δ、θ：角度。

Claims (18)

1.一种金刚石光磁传感器，其中，

所述金刚石光磁传感器包含：

金刚石，其具有带电子自旋的色心；以及

反射面，其反射经由光学系统传播并射入到所述金刚石的内部的激发光，

所述反射面反射从被所述激发光激发的所述色心放射的放射光，使其向所述光学系统的方向聚光。

2.根据权利要求1所述的金刚石光磁传感器，其中，

所述激发光从所述光学系统的输出部射入到所述金刚石，

所述反射面使所述放射光聚光于所述光学系统的所述输出部。

3.一种金刚石光磁传感器，其中，

所述金刚石光磁传感器包含：

金刚石，其具有带电子自旋的色心；

微小部分，其能够使经由光学系统传播的激发光射入到所述金刚石的内部；以及

反射面，其反射从被从所述微小部分射入的所述激发光激发的所述色心放射的放射光，使其向引导至受光元件的受光光学系统的方向聚光，

所述反射面具有比所述微小部分大的面积，

所述反射面通过多个光路将从同一位置向不同方向放射的所述放射光引导至所述受光光学系统。

4.根据权利要求3所述的金刚石光磁传感器，其中，

所述激发光从光纤的输出部经由所述微小部分射入到所述金刚石，

所述放射光经由所述反射面聚光于所述光纤的所述输出部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的金刚石光磁传感器，其中，

所述金刚石光磁传感器还包含内含所述金刚石且使所述激发光以及所述放射光透过的构件，

所述反射面形成于所述构件。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的金刚石光磁传感器，其中，所述反射面形成于所述金刚石。

7.根据权利要求5所述的金刚石光磁传感器，其中，所述反射面形成于内含所述金刚石的构件。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的金刚石光磁传感器，其中，所述反射面包含连结焦点的曲面或多个平面。

9.根据权利要求1至6以及8中任一项所述的金刚石光磁传感器，其中，

所述金刚石具有平面和球冠，

所述反射面由所述球冠形成。

10.根据权利要求1至6以及8中任一项所述的金刚石光磁传感器，其中，

所述金刚石具有两个球冠，

所述反射面由所述两个球冠中的第一球冠形成。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的金刚石光磁传感器，其中，

所述金刚石形成为多面体，

所述反射面由所述多面体的多个面形成。

12.根据权利要求1至8以及11中任一项所述的金刚石光磁传感器，其中，

所述反射面具有平面，

与所述激发光的入射轴垂直的面与所述平面所成的所述激发光的射入侧的角度为20°以上且70°以下。

13.根据权利要求12所述的金刚石光磁传感器，其中，所述垂直的面与所述平面所成的所述角度为30°以上且50°以下。

14.根据权利要求1至6以及11中任一项所述的金刚石光磁传感器，其中，所述金刚石具有角锥棱镜。

15.根据权利要求7所述的金刚石光磁传感器，其中，内含所述金刚石的所述构件具有角锥棱镜。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的金刚石光磁传感器，其中，

所述光学系统包含光纤，

所述金刚石的大小为所述光纤的芯径的1/3以上且3倍以下。

17.根据权利要求1至15中任一项所述的金刚石光磁传感器，其中，

所述光学系统包含光纤，

所述金刚石为与以所述光纤的芯径为直径的圆内接的大小以上且与该圆外切的大小以下。

18.根据权利要求1至15中任一项所述的金刚石光磁传感器，其中，

所述光学系统包含光纤以及透镜，

经由所述光纤传播的所述激发光从所述透镜输出并射入到所述金刚石，

所述反射面将从所述色心放射的所述放射光聚光于所述透镜，

所述透镜的倍率为所述光纤的数值孔径的倒数，

所述金刚石的大小为所述光纤的芯径与所述数值孔径之积的80％以上且120％以下的范围。