JP2020038086A - ダイヤモンドセンサシステム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、ダイヤモンドセンサシステム1の構成図を示している。ダイヤモンドセンサシステム1は、制御回路2、信号処理回路3、受光素子4、マイクロ波印加部5、励起光源6、ダイヤモンドセンサ7、及び、ループギャップ共振器(以下、共振器と略す)8を主に備える。
またループ板10は、上面側から見て内面がループ状に構成されると共にその一部にギャップ13aを挟んで構成されている。このループ板10の板厚は、蛍光(後述参照)及びの所定のマイクロ波周波数帯域(例えば2.87GHzを含む周波数帯域)における表皮効果深さよりも厚く構成することが望ましい。
共振器8は、第2ギャップ13bを挟んで構成された容量部11を備えているため、第2ギャップ13bに基づく容量部11の容量成分により共振周波数fcの特性を調整できる。
図9から図23は、第2実施形態における説明図を示している。この第2実施形態では、マイクロ波印加部5が、磁気結合を用いてマイクロ波をダイヤモンドセンサ7に印加する形態を示す。
このとき、図11に示すように、共振器8の誘導性(インダクタンスL1)と励振コイル21(インダクタンスL2)とが相互誘導結合する。このため、前述実施形態と同様に、ダイヤモンドセンサ7が共振器8のループ板10の内側に設置されることにより、ダイヤモンドセンサ7にマイクロ波を強く印加できる。
以下、発明者らにより行われた共振器8の実験結果に基づいて本実施形態に係る技術的意義を説明する。
図12は、図1に示す共振器8の構成を用いたときに、ダイヤモンドセンサ7に印加される磁界強度|H|z(A/m)の等高線を平面図により示している。この「|H|z」はZ方向の磁界強度を示している。この図12に示すように、ダイヤモンドセンサ7に印加される磁界強度|H|zは、共振器8に近接した外側の角部7aから内側の中心部7bに向けて徐々に低くなることが確認されている。
図24から図26は、第3実施形態における説明図を示している。図24は、ダイヤモンドセンサシステム301の全体構成図を示している。このダイヤモンドセンサシステム301は、共振器308を備えている。共振器308は、共振器8と同様の構成を備えると共に反射膜22を備える。この反射膜22は、赤色の蛍光の集光効率を向上するため、ループ板10の内面にコーティングされることで構成されている。この反射膜22は、ダイヤモンドセンサ7が放射する蛍光を反射する高い反射率の材料により構成される。また反射膜22は、マイクロ波を導電するときの導電損が所定より低い低導電損の金属材料により構成される。このときの反射膜22の膜厚は、少なくとも蛍光の周波数における表皮効果深さより厚く構成され、これにより蛍光を反射させることができる。
図27は、第4実施形態における説明図を示している。図27は、ダイヤモンドセンサシステム401の全体構成図を示している。ダイヤモンドセンサシステム401は共振器408を備える。この図27に示すように、この共振器408は、ループ板10の内側に構成された反射膜22の内側に液体23を設けている。この液体23は、ダイヤモンドセンサ7を液浸する高屈折率特性を備えるイマージョンオイル液による。この液体23が、ループ板10の内側に浸されると、この液体23の誘電率の影響により共振器408の共振周波数が変化する。このため共振器408の共振周波数fcの特性を前述実施形態に示したように調整することで各種特性をさらに良好にできる。
図28及び図29は、第5実施形態における説明図を示している。図28は、ダイヤモンドセンサシステム501の全体構成図を示している。ダイヤモンドセンサシステム501は共振器508を備える。共振器508は、説明の便宜上、符号を変更して示したが共振器8の構成と同様の構成である。
図30及び図31は、第6実施形態における説明図を示している。図30は、ダイヤモンドセンサシステム601の全体構成図を示している。ダイヤモンドセンサシステム601は、受光素子604、及び共振器608を備えると共に、集光レンズ30を備えている。
図32から図37は、第7実施形態における説明図を示している。図32から図35は、共振器708…1008の横断面図をそれぞれ示している。これらの図32から図35は、共振器708…1008を上面側(Z方向)から示している。
図32は共振器708の構造を示している。共振器708は、ループ板710aと、導電板710bと、誘電体714と、可変容量ダイオードDとを備える。
図38から図40は、第8実施形態における説明図を示している。図38、図39は、共振器1108の構造を横断面図、正面図により示している。共振器1108は、ループ板1110aと、容量部1111と、一対の導電板1110b、1110cとを備える。ループ板1110a及び容量部1111のY方向両外方には導電板1110b、1110cが一対に設置されている。マイクロ波印加部5は、これらの一対の導電板1110b、1110cにはマイクロ波を印加する。これらの一対の導電板1110b、1110cと容量部1111の導電部との間には誘電体1114b、1114cがそれぞれ埋込まれている。このため、一対の導電板1110b、1110cと容量部1111の導電部とは容量結合する。
前述実施形態に限定されるものではなく、例えば以下に示す変形又は拡張が可能である。
ループ板10、110、710a、810a、910、1010、1110aの内面は、その横断面(XY方向断面)が円形に構成されている形態を示したが、角形に構成されていても良い。ループ板110の内面は、円筒形に構成されている形態を示したが、角筒形に構成されていても良い。
Claims (15)
- 内面がループ状に構成されたループ板(10;110;710a;810a;910;1010;1110a)がマイクロ波帯にて誘導性を備えると共に前記ループ板の少なくとも一部にギャップ(13a;713a;813a;913a;1013a;1113a)を設けて構成されることで前記ギャップにより前記マイクロ波帯にて容量性を備え、前記誘導性及び前記容量性の特性に基づいて所定のマイクロ波帯領域にて共振性能を備えるループギャップ共振器(8;108;308;408;508;608;708;808;908;1008;1108)と、
前記ループギャップ共振器にマイクロ波を印加するマイクロ波印加部(5)と、
励起光を発光する励起光源(6)と、
前記ループ板の内側に設置され前記マイクロ波が印加され前記励起光が照射されると蛍光を発光するダイヤモンドセンサ(7)と、
を備えるダイヤモンドセンサシステム。 - 前記ループギャップ共振器(308;408)は、前記ループ板の内面に構成され、前記蛍光を反射する反射率、且つ、前記マイクロ波を導電するときの導電損が所定より低い低導電損の材料によりコーティングされた反射膜(22)を備える請求項1記載のダイヤモンドセンサシステム。
- 前記ループギャップ共振器は、前記ループ板が前記マイクロ波を導電するときの導電損が所定より低い低導電損の材料により構成されている請求項1記載のダイヤモンドセンサシステム。
- 前記低導電損の材料は、金(Au)、銀(Ag)、又はアルミニウム(Al)である請求項2または3記載のダイヤモンドセンサシステム。
- 前記ループギャップ共振器の前記ループ板の内側に前記ダイヤモンドセンサを液浸するイマージョンオイル液(23)をさらに設ける請求項1から4の何れか一項に記載のダイヤモンドセンサシステム。
- 前記ループギャップ共振器の内側を通過した前記蛍光を受光する受光素子(4;504)をさらに備える請求項1から5の何れか一項に記載のダイヤモンドセンサシステム。
- 前記ループギャップ共振器の内側を通過した光を集光する集光レンズ(30)と、
前記集光レンズにより集光された光を受光する受光素子(604)とをさらに備える請求項1から5の何れか一項に記載のダイヤモンドセンサシステム。 - 前記ループギャップ共振器の共振特性を変化させる可変容量ダイオード(D)をさらに備える請求項1から7の何れか一項に記載のダイヤモンドセンサシステム。
- 前記マイクロ波印加部は、励振コイル(21)による磁気結合を用いて前記マイクロ波を前記ダイヤモンドセンサに印加する請求項1から8の何れか一項に記載のダイヤモンドセンサシステム。
- 前記マイクロ波印加部は、容量結合を用いて前記マイクロ波を前記ダイヤモンドセンサに印加する請求項1から8の何れか一項に記載のダイヤモンドセンサシステム。
- 前記ギャップに連結する第2ギャップ(13b;1013b;1113b)を挟んで構成された容量部(11;1011;1111)をさらに設ける請求項1から10の何れか一項に記載のダイヤモンドセンサシステム。
- 前記マイクロ波印加部は、前記容量部(11;1011)を通じて前記ループギャップ共振器に直接前記マイクロ波を印加する請求項11記載のダイヤモンドセンサシステム。
- 前記ループギャップ共振器の前記ループ板(10)の内面は、受光素子(4、604)に向けて開口径が大きくなるテーパ面を備える請求項1から12の何れか一項に記載のダイヤモンドセンサシステム。
- 前記ループギャップ共振器の前記ループ板(10)は、横断面が円形又は角形により構成される請求項13記載のダイヤモンドセンサシステム。
- 前記ループギャップ共振器の前記ループ板(110)は、円筒形又は角筒形により構成される請求項1から12の何れか一項に記載のダイヤモンドセンサシステム。
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