CN117129818A - 一种基于金刚石n-v色心阵列的电磁兼容测试方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于金刚石N‑V色心阵列的电磁兼容测试方法和系统，产生高频微波信号和脉冲调制信号，用脉冲调制信号对高频微波信号进行调制；将激光脉冲信号分路并聚焦在阵列中不同的探头上；改变脉冲微波的脉宽时间，用光探测磁共振方法测量共振峰，得到微波场的共振频率点；对共振频率点执行拉比频率测量实验，获得边带信号的拉比振荡频率；通过拉比振荡频率计算微波场强度；拼接每个探头的微波场强度数据，得出整个样品的微波场强度，从而获得样品的电磁兼容测试数据。本发明提高了微波场测量的速度，且测量速度与阵列里探头的个数成正相关，设备易于操控，检测效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁兼容测试方法和系统，尤其涉及一种基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试的方法和系统。
背景技术
NV色心是金刚石中由替换碳原子的氮原子(Nitrogen)与其相邻空位(Vacancy)构成的一种具有荧光特性的缺陷，能够感知芯片表面的磁场强弱，能提供高达纳米级的分辨率，具有体积小、退相干时间长等特点。当芯片在工作时，表面会有微波场产生，这种微波场会对金刚石NV色心由于激光激发产生的红色荧光产生影响。利用对红色荧光的探测则可以对芯片的工作的稳定状况加以研究。而电磁兼容性测试EMC是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。只有在产品的EMC设计和研制的全过程中，进行EMC的相容性预测和评估，才能及早发现可能存在的电磁干扰，并采取必要的抑制和防护措施，从而确保系统的电磁兼容性。否则，当产品定型或系统建成后再发现不兼容的问题，则需在人力、物力上花很大的代价去修改设计或采用补救的措施。
目前已有的基于金刚石NV色心的电磁兼容测试方法，采用单个含金刚石的锥形光纤作为传感器，进行微波场测试，效率较低，测试一次需要耗费较长时间。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试的方法和系统，能够高效率地对芯片进行电磁兼容测试。
技术方案：本发明的基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试方法包括如下步骤：
S1、产生高频微波信号和脉冲调制信号，用脉冲调制信号对高频微波信号进行调制；
S2、将激光脉冲信号分路并聚焦在不同的探头上；
S3、改变脉冲微波的脉宽时间，用光探测磁共振方法测量共振峰，得到微波场的共振频率点
S4、对共振频率点执行拉比频率测量实验，获得边带信号的拉比振荡频率；
S5、通过拉比振荡频率计算微波场强度；
S6、拼接每个探头的微波场强度数据，得出整个样品的微波场强度。
本发明的基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试的系统包括用于产生激光脉冲信号的的激光脉冲发生装置，用于将激光脉冲发射装置产生的激光脉冲信号进行分束的分束器，用于将激光脉冲信号聚焦的物镜，用于保留光路中的红光的二向色镜，用于产生高频微波信号的微波信号发生装置，用于调制高频微波信号的脉冲信号发生器，用于扫描芯片并产生荧光脉冲信号的扫描装置，用于采集并分析扫描装置产生的荧光脉冲信号的荧光探测装置和计算机。
激光脉冲发射装置包括用于产生激光的激光发生器和用于调节激光强度的声光调制器。微波信号发生装置包括用于产生脉冲微波信号的微波源和用于对脉冲微波信号进行振幅调制的微波开关。扫描装置包括含有金刚石NV色心的锥形光纤探头阵列和用于插入芯片引脚的引脚插口。系统还包括用于为探头阵列施加磁场的可调磁铁。探头阵列中的探头等间距排布，探头个数根据待测器件的大小确定。荧光探测装置包括用于收集荧光信号的雪崩光电二极管和包含频谱分析仪的PXI平台。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：提高了微波场测量的速度，且测量速度与阵列里探头的个数成正相关，设备易于操控，检测效率高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的光路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明的基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试系统包括用于产生激光脉冲信号的的激光脉冲发生装置，用于将激光脉冲发射装置产生的激光脉冲信号进行分束的分束器，用于将激光脉冲信号聚焦的物镜，用于保留光路中的红光的二向色镜，用于产生高频微波信号的微波信号发生装置，用于调制高频微波信号的脉冲信号发生器，用于扫描芯片并产生荧光脉冲信号的扫描装置，用于采集并分析扫描装置产生的荧光脉冲信号的荧光探测装置和用于控制系统中组件工作和进行人机交互的计算机。
其中，激光脉冲发射装置包括用于产生激光的激光发生器和用于调节激光强度的声光调制器。微波信号发生装置包括用于产生脉冲微波信号的微波源和用于对脉冲微波信号进行振幅调制的微波开关。扫描装置包括含有金刚石N-V色心的锥形光纤探头阵列和用于插入芯片引脚的引脚插口。系统还包括用于为探头阵列施加磁场的可调磁铁。探头阵列中的探头等间距排布，探头个数根据待测器件的大小确定。荧光探测装置包括用于收集荧光信号的雪崩光电二极管和包含频谱分析仪的PXI平台。
如图2所示，微波源产生的高频微波信号经脉冲调制信号调制后，与激光脉冲发生装置产生的激光脉冲信号通过分束器后，产生多条光路并照射在二向色镜上，二向色镜反射的绿色激光经物镜聚焦到探头阵列的每个探头上，探头上装有的N-V色心金刚石在脉冲调制信号与激光脉冲信号的共振作用下产生边带荧光脉冲信号，通过原来的光路返回至二向色镜后，经二向色镜透过的红光，通过物镜的聚焦到不同的雪崩光电二极管上，经雪崩光电二极管放大的信号传递给PXI平台。通过微波开关改变脉冲微波的脉宽时间，再通过光探测磁共振(ODMR)技术，测出每个探头微波场的中心对称相互独立的共振峰，得到微波场的共振频率点，再通过对每一个共振频率点执行Rabi频率测量试验，即可获得所述边带信号的拉比振荡频率，再通过所述拉比振荡频率计算得到微波场强度，最终将每个探头产生的数据进行拼接，得出整个样品的微波场强度，从而得到电磁兼容测试结果。
Claims (8)
1.一种基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、产生高频微波信号和脉冲调制信号，用脉冲调制信号对高频微波信号进行调制；
S2、将激光脉冲信号分路并聚焦在不同的探头上；
S3、改变脉冲微波的脉宽时间，用光探测磁共振方法测量共振峰，得到微波场的共振频率点；
S4、对共振频率点执行拉比频率测量实验，获得边带信号的拉比振荡频率；
S5、通过拉比振荡频率计算微波场强度；
S6、拼接每个探头的微波场强度数据，得出整个样品的微波场强度。
2.根据权利要求1所述基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试方法的基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试系统，其特征在于，所述系统包括用于产生激光脉冲信号的的激光脉冲发生装置，用于将激光脉冲发射装置产生的激光脉冲信号进行分束的分束器，用于将激光脉冲信号聚焦的物镜，用于保留光路中的红光的二向色镜，用于产生高频微波信号的微波信号发生装置，用于调制高频微波信号的脉冲信号发生器，用于扫描芯片并产生荧光脉冲信号的扫描装置，用于采集并分析扫描装置产生的荧光脉冲信号的荧光探测装置和用于控制系统中组件工作和进行人机交互的计算机。
3.根据权利要求2所述的基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试系统，其特征在于所述激光脉冲发射装置包括用于产生激光的激光发生器和用于调节激光强度的声光调制器。
4.根据权利要求2所述的基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试系统，其特征在于所述微波信号发生装置包括用于产生脉冲微波信号的微波源和用于对脉冲微波信号进行振幅调制的微波开关。
5.根据权利要求2所述的基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试系统，其特征在于所述扫描装置包括含有金刚石NV色心的锥形光纤探头阵列和用于插入芯片引脚的引脚插口。
6.根据权利要求2所述的基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试系统，其特征在于所述系统还包括用于为探头阵列施加磁场的可调磁铁。
7.根据权利要求2所述的基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试系统，其特征在于所述探头阵列中的探头等间距排布，探头个数根据待测器件的大小确定。
8.根据权利要求2所述的基于金刚石N-V色心阵列的电磁兼容测试系统，其特征在于所述荧光探测装置包括用于收集荧光信号的雪崩光电二极管和包含频谱分析仪的PXI平台。
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