JP7223272B2 - 励起光照射装置および励起光照射方法 - Google Patents

Description

本発明は、励起光照射装置および励起光照射方法に関するものである。

近年、カラーセンタを利用した光検出磁気共鳴（ＯＤＭＲ：Optically Detected Magnetic Resonance）に基づく磁場計測方法が開発されている。

ＯＤＭＲでは、サブレベルの準位と光学遷移準位とをもつ媒質に高周波磁場（マイクロ波）と光をそれぞれサブレベル間の励起と光遷移間の励起のために照射することで、サブレベル間の磁気共鳴による占有数の変化などが光信号により高感度で検出される。通常、基底状態の電子が緑光で励起された後、基底状態に戻る際に赤光を発する。一方、例えば、ダイヤモンド構造中の窒素と格子欠陥（ＮＶＣ：Nitrogen Vacancy Center）中の電子は、２．８７ＧＨｚ程度の高周波磁場の照射により、光励起により初期化された後では、基底状態中の３つのサブレベルの中で一番低いレベル（ｍｓ＝０）から、基底状態中のそれより高いエネルギー軌道のレベル（ｍｓ＝±１）に遷移する。その状態の電子が緑光で励起されると、無輻射で基底状態中の３つのサブレベルの中で一番低いレベル（ｍｓ＝０）に戻るため発光量が減少し、この光検出より、高周波磁場により磁気共鳴が起こったかどうかを知ることができる。ＯＤＭＲでは、このような、ＮＶＣといった光検出磁気共鳴材料が使用される。

ＮＶＣを利用したある磁場計測方法は、ＮＶＣを有するダイヤモンド基板に、レーザ光を入射させ、レーザ光が照射されたＮＶＣの発する蛍光をダイヤモンド基板から出射させ、ダイヤモンド基板から出射してきた蛍光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）で検出している（例えば特許文献１参照）。

「High sensitivity magnetic imaging using an array of spins in diamond」，S. Steinert, F. Dolde, P. Neumann, A. Aird, B. Naydenov, G. Balasubramanian, F. Jelezko, and J. Wrachtrup著，Review of Scientific Instrument 81, 043705，２０１０年

上述のような磁場計測方法の場合、ＮＶＣなどのカラーセンタからの蛍光の光量を増やすためには、ダイヤモンド基板の基材内でのレーザ光の光路が長いほうが好ましいため、基材内部を進行するレーザ光を基材表面にて繰り返し全反射させることが考えられる。

しかしながら、基材内部を進行するレーザ光を基材表面にて多数回全反射させて、長い光路長を確保する場合、基材外部から内部へのレーザ光の入射角や入射位置の誤差に起因して、基材内を進行するレーザ光の反射回数（ひいては光路長）が不規則になりやすい。

基材内を進行するレーザ光の光路（光路長）が不規則である場合、上述の入射角や入射位置の誤差に起因する上述の蛍光の強度変動が、磁場計測などの測定結果に影響を与えるため、磁場計測などの測定精度（測定誤差）が均一にならず、正確な測定が困難になる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、安定的に、基材内のカラーセンタの発する光に基づく測定を正確に行えるようにする励起光照射装置および励起光照射方法を得ることを目的とする。

本発明に係る励起光照射装置は、励起光で励起されるカラーセンタを含む基材と、基材に対して離間して配置された１または複数の反射部材とを備える。そして、基材は、当該基材のいずれかの面において、当該基材内に入射した励起光を反射させずに出射させ、その１または複数の反射部材は、基材から出射した励起光を反射して基材に入射させ、励起光の、基材への入射および基材からの出射を繰り返させて、所定回数だけ励起光を基材に通過させる。

本発明に係る励起光照射方法は、基材に含まれるカラーセンタに励起光を照射する励起光照射方法であって、基材のいずれかの面において、当該基材内に入射した励起光を反射させずに出射させ、基材に対して離間して配置された１または複数の反射部材で、基材から出射した励起光を反射して基材に入射させることで、励起光の、基材への入射および基材からの出射を繰り返させて、所定回数だけ励起光を基材に通過させる。

本発明によれば、安定的に、基材内のカラーセンタの発する光に基づく測定を正確に行えるようにする励起光照射装置および励起光照射方法が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る励起光照射装置を備える測定装置の構成例を示す図である。 図２は、図１に示す測定装置の光学系の一例を示す図である。 図３は、実施の形態１に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。 図４は、図３に示す基材１および反射部材２１－１，２１－２，２２を示す正面図である。 図５は、実施の形態２に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。 図６は、実施の形態３に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である（１／２）。 図７は、実施の形態３に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である（２／２）。 図８は、実施の形態３に係る励起光照射装置の構成を示す斜視図である。 図９は、実施の形態４に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。 図１０は、実施の形態５に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。 図１１は、図１０に示す基材１および反射部材２１－１，２１－２，２１－４，２１－５，２２を示す正面図である。 図１２は、実施の形態６に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。 図１３は、実施の形態７に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。 図１４は、実施の形態８に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．

図１は、本発明の実施の形態１に係る励起光照射装置を備える測定装置の構成例を示す図である。一例として、図１に示す測定装置は、光検出磁気共鳴（ＯＤＭＲ）方式で磁場や電場などといった被測定場の強度を測定する。図１に示す測定装置は、励起光で励起されるカラーセンタを含む基材１を備える。基材１には、１または複数のカラーセンタが含まれる。実施の形態１では、基材１は、略直方体形状を有し、長手方向において、互いに略平行な４つの面（平面）を有する。

この実施の形態では、基材１は、電子スピン共鳴部材であり、この電子スピン共鳴部材は、被測定場（被測定磁場や被測定電場）内に配置される。この電子スピン共鳴部材は、後述の所定の測定シーケンスにおいて、ラビ振動に基づく電子スピン量子操作を施される。

なお、被測定場の測定方式は、光検出磁気共鳴方式に限定されず、ラビ振動に基づく電子スピン量子操作を利用するものであれば、他の方式でもよい。また、この実施の形態では、基材１は、光検出磁気共鳴方式用の、ＮＶＣを有するダイヤモンドなどの部材であって、支持部材１Ｓに固定されている。なお、光検出磁気共鳴方式用の電子スピン共鳴部材としての基材１は、ＮＶＣを有するダイヤモンドに限定されず、他のカラーセンタを有するものでもよい。

図１に示す測定装置は、マイクロ波生成用のコイル２および高周波電源３を備える。

コイル２は、電子スピン共鳴部材としての基材１に対してラビ振動に基づく電子スピン量子操作を行うためのマイクロ波を生成する。この実施の形態では、コイル２は、例えば、板状の導体を円形に成形したものであり、基材１は、コイル２の円形部分により形成される中空部内に配置されている。上述のカラーセンタは、このマイクロ波を照射され、測定対象の発生する被測定場の強度を特定するために使用される。

実施の形態１では、コイル２は、上述のカラーセンタにおけるラビ振動に基づく電子スピン量子操作を行うためのマイクロ波（の磁場）を基材１に印加する。そのマイクロ波の周波数は、基材１（電子スピン共鳴部材）の種類に応じて設定される。例えば、基材１が、ＮＶＣを有するダイヤモンドである場合、コイル２は、２．８７ＧＨｚ程度のマイクロ波磁場を印加する。高周波電源３は、コイル２にマイクロ波の電流（つまり、上述のマイクロ波の磁場を生成するための電流）を導通させる。

さらに、図１に示す測定装置は、照射装置４、受光装置５、演算処理装置６などを観測系１１として備える。観測系１１は、上述のマイクロ波が照射された電子スピン共鳴部材としての基材１を使用して被測定場の強度を特定する。

照射装置４は、基材１に光（所定波長の励起光と所定波長の測定光）を照射する。受光装置５は、測定光の照射時において基材１から発せられる蛍光を検出する。

演算処理装置６は、例えばコンピュータを備え、プログラムをコンピュータで実行して、各種処理部として動作する。この実施の形態では、演算処理装置６は、測定制御部６ａおよび被測定場強度演算部６ｂとして動作する。

測定制御部６ａは、被測定場に対して所定の測定シーケンスを実行し、その測定シーケンスにおいて、高周波電源３および照射装置４を制御し、受光装置５により検出された蛍光の検出光量を特定する。例えば、照射装置４は、レーザーダイオードなどを光源として備えるとともに、その光源の発する光（励起光）を導光し所定入射角および所定入射位置で基材１に入射させる光学系を備える。また、例えば、受光装置５は、フォトダイオードなどを受光素子として備える。また、例えば、測定制御部６ａは、受光素子の出力信号に対して増幅などを行って得られる受光装置５の出力信号に基づいて、上述の検出光量を特定する。この実施の形態では、上述の所定の測定シーケンスとして、ラムゼイパルスシーケンス、スピンエコーシーケンスなどが被測定場に応じて選択され適用される。なお、測定シーケンスはラムゼイパルスシーケンスおよびスピンエコーシーケンスに限定されるものではない。

被測定場強度演算部６ｂは、所定の演算式に従って、上述の検出光量に基づいて被測定場の強度（例えば、磁束密度の振幅）を演算する。

図２は、図１に示す測定装置の光学系の一例を示す図である。この測定装置の光学系は、支持部材１Ｓとしての１対の複合放物面型集光器（ＣＰＣ）を備える。この１対のＣＰＣにおいて、２つのＣＰＣの大口径端面が互いに接合しており、一方のＣＰＣの小口径端面から入射する光（つまり、カラーセンタの発する蛍光）が、他方のＣＰＣの小口径端面から出射する。基材１のカラーセンタで発生する蛍光は、このように支持部材１Ｓを通過して受光装置５に入射する。また、照射装置４からの励起光および測定光は、支持部材１Ｓを通過して、基材１に照射される。

上述の測定装置は、基材１周辺の光学系としての励起光照射装置を備える。

この励起光照射装置は、上述の基材１と、基材１に対して離間して配置された少なくとも２つの反射部材とを備え、それらの反射部材は、基材１から出射した励起光を反射して基材１に入射させて、励起光の、基材１への入射および基材１からの出射を繰り返させて、所定回数だけ励起光を基材１に通過させる。なお、基材１は、当該基材１のいずれかの面において、当該基材１内に入射した励起光を反射させずに出射させる。つまり、励起光は、基材１内部で一度も反射せずに、基材１を複数回通過する。

図３は、実施の形態１に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。例えば図３に示すように、実施の形態１に係る励起光照射装置は、基材１の他、上述した反射部材２１－１～２１－３，２２を備える。図４は、図３に示す基材１および反射部材２１－１，２１－２，２２を示す正面図である。反射部材２１－１～２１－３，２２は、反射面を有する平板上の部材である。反射部材２１－１～２１－３，２２は、例えば、反射面として誘電体多層膜を有する。なお、この実施の形態では、各反射部材２１－１～２１－３は、１枚の部材であるが、その代わりに、複数枚の部材の集合体であってもよい。

また、実施の形態１における支持部材１ＳとしてのＣＰＣには、切欠部２３－１，２３－２が形成されている。切欠部２３－１，２３－２は、入射角が臨界角以上になりＣＰＣの表面において励起光がＣＰＣ内部へ入射せずに反射してしまう場合に設けられる。切欠部２３－１，２３－２には、励起光の光路に対して略垂直な面２３－１ａ，２３－２ａがそれぞれ形成されている。面２３－１ａ，２３－２ａには、照射装置４からの励起光または反射部材２２で反射された励起光が入射する。

励起光は、（ａ）基材１に対して測定対象とは反対側から、基材１の面１ａ～１ｄのうち、測定対象に最も近い面１ａ以外の面１ｂ～１ｄ（図３の場合、面１ｃ）へ入射して基材１から出射し、（ｂ）反射部材２１－１，２１－２で反射した後に基材１へ入射し、測定対象に最も近い面１ａ以外の面１ｂ～１ｄ（図３の場合、面１ｄ）から、基材１に対して測定対象とは反対側に向けて出射する。そして、外側反射部材としての反射部材２２は、基材１から測定対象とは反対側に向けて出射した励起光を反射して、基材１に対して測定対象とは反対側から、基材１の面１ａ～１ｄのうち、測定対象に最も近い面１ａ以外の面１ｂ～１ｄ（図３の場合、面１ｃ）へ入射させる。

つまり、励起光が照射装置４側から基材１に入射して基材１を通過し内側反射部材としての反射部材２１－１，２１－２で反射した後に、反射部材２２は、照射装置４側に出射してきた励起光を反射させて基材１へ戻す。

なお、反射部材２２で反射した励起光は、基材１の長手方向（Ｙ方向）に対して垂直な面（Ｘ－Ｚ面）において、同一の光路パターンで逆方向に進行し、基材１の長手方向（Ｙ方向）においては、図４に示すように、所定の角度で反射して進行する。

また、基材１は、当該基材１の長手方向に沿っておりかつ互いに対向している（ここでは、互いに平行な）２つの面１ｃ，１ｄを有し、反射部材２１－１，２１－２は、折り返し反射部材であり、その折り返し反射部材は、２つの面１ｃ，１ｄのうちの一方の面１ｄから出射した励起光を反射させて２つの面１ｃ，１ｄのうちの他方の面１ｃへ入射させる。

折り返し反射部材としての反射部材２１－１，２１－２は、図３に示すように、面１ｃ，１ｄ（つまり、当該励起光照射装置の設置される基準面（ここでは、ＣＰＣの小口径端面）の垂直方向）に対してそれぞれ傾斜しており、励起光の光路が対称になるように、同一の傾斜角で互いに反対方向に傾斜している。

なお、反射部材２１－１から反射部材２１－２への光路は、ここでは、面１ｃ，１ｄに略垂直であり、基材１を通過しているが、（基材１と反射部材２１－３との間の空間を通り）基材１を通過しなくてもよい。

なお、反射部材２１－１，２１－２の上端（測定対象側の端部）は、反射部材２１－３に接続されており、反射部材２１－１，２１－２，２１－３の形状は、半筒状となり、その半筒状の内部に、基材１が配置されている。実施の形態１では、反射部材２１－３は、励起光を反射しないが、上述の蛍光を反射部材２１－１，２１－２とともに支持部材１ＳとしてのＣＰＣに向けて反射する。実施の形態１では、反射部材２１－３は、励起光を反射しないため、反射部材２１－３は省略したり、反射部材２１－３の代わりに同様の形状の非反射部材を使用してもよい。

次に、実施の形態１に係る励起光照射装置の動作について説明する。

この励起光照射装置は、測定対象の近傍で被測定場内に配置される。そして、測定制御部６ａは、被測定場強度演算部６ｂとともに、上述の測定シーケンスを実行して、被測定場の強度の測定を実行する。

上述の測定シーケンスにおいて、励起光の照射タイミングになると、照射装置４は、励起光を出射する。図３および図４に示すように、照射装置４から出射した励起光は、所定の入射角で、基材１に入射する。つまり、そのような入射角で励起光が基材１に入射するように、照射装置４は、励起光を出射する。

そして、図３および図４に示すように、励起光は、反射部材２１－１，２１－２，２２で繰り返し反射しつつ、所定回数だけ、基材１を通過する。そして、基材１において、励起光の光路上に存在するカラーセンタは、励起光によって励起する。

その後、測定光の照射タイミングになると、照射装置４は、測定光を出射する。測定光は、励起光と同様の光路を通り、その際に、カラーセンタで発生する蛍光が、直接、または、基材１の周囲の反射部材２１－１～２１－３で反射して、支持部材１ＳとしてのＣＰＣに入射し、そのＣＰＣによって受光装置５に集光される。受光装置５で受光された蛍光が電気信号に変換され、その電気信号に基づいて被測定場強度の測定値が算出される。

以上のように、上記実施の形態１に係る励起光照射装置は、励起光で励起されるカラーセンタを含む基材１と、基材１に対して離間して配置された少なくとも２つの反射部材２１－１，２１－２とを備える。そして、基材１は、当該基材１のいずれかの面において、当該基材１内に入射した励起光を反射させずに出射させ、反射部材２１－１，２１－２は、基材１から出射した励起光を反射して基材に入射させ、励起光の、基材１への入射および基材１からの出射を繰り返させて、所定回数だけ励起光を基材１に通過させる。

これにより、励起光が基材１で内部反射せずに所定回数だけ励起光が基材１を通過するように基材１の外部に配置される反射部材２１－１，２１－２で励起光の光路を設定しているため、照射装置４から基材１への励起光の入射角や入射位置が多少変動しても、励起光の通過回数が変動しない（つまり、基材１内での励起光の光路長が大きく変化しない）。したがって、安定的に、基材１内のカラーセンタの発する光に基づく測定が正確に行われる。

実施の形態２．

図５は、実施の形態２に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。実施の形態２では、反射部材２１－１～２１－３が、コイル２に固定されている。例えば図５に示すように、コイル２と反射部材２１－１～２１－３との間の空間に充填された樹脂部３１で、反射部材２１－１～２１－３が、コイル２に対して固定される。この樹脂部３１は、硬質樹脂であり略弾性変形せず、例えば充填後に硬化する充填剤で構成される。このようにすることで、反射部材２１－１～２１－３が固定されるため、励起光の光路が安定する。

なお、実施の形態２に係る励起光照射装置のその他の構成および動作については、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態３．

図６および図７は、実施の形態３に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。図８は、実施の形態３に係る励起光照射装置の構成を示す斜視図である。図６および図７に示す励起光照射装置では、反射部材２１－１，２１－２がカバー部材４１の内面に固定されており、例えば図８に示すように、カバー部材４１がコイル２に装着され、反射部材２１－１，２１－２がコイル２の上端部に当接して位置決めがされる。このようにすることで、反射部材２１－１，２１－２がコイル２に対して固定される。カバー部材４１は、例えば樹脂を成形したものである。

図８（Ａ）は、コイル２の円形部分が基板４２から突出した状態でコイル２が基板４２に固定されている場合を示している。図８（Ｂ）は、コイル２の円形部分が基板４２に形成された円孔４２ａ内に配置されている場合を示している。図８（Ｂ）に示す場合においては、コイル２の円形部分と円孔４２ａの内壁との間の間隙に、カバー部材４１の先端を挿入して、カバー部材４１がコイル２に装着される。

なお、実施の形態３に係る励起光照射装置のその他の構成および動作については、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態４．

図９は、実施の形態４に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。図９（Ａ）は、励起光が基材１に最初に入射する部分を示しており、図９（Ｂ）は、励起光が基材１から最後に出射する部分を示している。

実施の形態４に係る励起光照射装置では、例えば図９に示すように、反射部材２２が、コイル２の内側に配置され、樹脂部３１やカバー部材４１でコイル２に固定されている。

例えば図９（Ａ）に示すように、励起光は、その樹脂部３１やカバー部材４１に埋め込まれ固定された光ファイバーなどの光ガイド部材５１でその樹脂部３１やカバー部材４１の内側に導光され、光ガイド部材５１の先端から所定角で出射される。また、例えば図９（Ｂ）に示すように、最終段には反射部材２２は設けられておらず、励起光は、支持部材１ＳとしてのＣＰＣを介して外部に出射する。実施の形態４では、このように反射部材２２が他の反射部材２１－１～２１－３やコイル２に対して固定されるため、励起光の光路がより安定する。

なお、実施の形態４に係る励起光照射装置のその他の構成および動作については、実施の形態１～３のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。また、実施の形態４において、図９（Ａ）に示すように光ガイド部材５１で励起光を励起光照射装置の内部に導入する代わりに、実施の形態１～３に示すようにして、励起光を励起光照射装置の内部に導入してもよい。

実施の形態５．

図１０は、実施の形態５に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。実施の形態５に係る励起光照射装置は、反射部材２１－１～２１－３の他に、反射部材２１－４，２１－５を備える。

図１１は、図１０に示す基材１および反射部材２１－１，２１－２，２１－４，２１－５，２２を示す正面図である。

反射部材２１－４，２１－５は、基材１の長手方向に沿っておりかつ互いに対向している２つの面１ｃ，１ｄに略平行な２つの追加反射部材である。

反射部材２１－４は、面１ｄから出射した励起光を反射させてその面１ｄへ入射させ、反射部材２１－５は、面１ｃから出射した励起光を反射させてその面１ｃへ入射させる。

そして、折り返し反射部材としての反射部材２１－１，２１－２は、反射部材２１－４で反射して基材１の面１ｄに入射して面１ｃから出射した励起光を反射させて面１ｄへ入射させ、反射部材２１－５は、折り返し反射部材としての反射部材２１－１，２１－２で反射して基材１の面１ｄに入射して面１ｃから出射した励起光を反射させて面１ｃへ入射させる。

反射部材２１－４，２１－５で励起光が反射することで、励起光が基材１を通過する回数が増える。なお、図１０に示す場合、各反射部材２１－４，２１－５で励起光は１回だけ反射しているが、複数回交互に反射するようにしてもよい。

また、支持部材１ＳとしてのＣＰＣから反射部材２１－１～２１－５の内側へ励起光が出射する面への入射角および反射部材２１－１～２１－５の内側で支持部材１ＳとしてのＣＰＣへ励起光が入射する面への入射角が臨界角以上となる場合には、図１０に示すように、切欠部２３－３，２３－４が設けられ、励起光の光路に垂直な面２３－３ａ，２３－４ａが形成される。

なお、実施の形態５に係る励起光照射装置のその他の構成および動作については、実施の形態１～４のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。また、実施の形態５において、樹脂部３１やカバー部材４１で反射部材２１－１～２１－５をコイル２に固定するようにしてもよい。

実施の形態６．

図１２は、実施の形態６に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。例えば図１２に示すように、実施の形態６では、反射部材２１－４，２１－５が、反射部材２１ー１，２１－２にそれぞれ接続されている。

なお、実施の形態６に係る励起光照射装置のその他の構成および動作については、実施の形態５と同様であるので、その説明を省略する。また、実施の形態５において、樹脂部３１やカバー部材４１で反射部材２１－１～２１－５をコイル２に固定するようにしてもよい。

実施の形態７．

図１３は、実施の形態７に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。例えば図１３に示すように、実施の形態７では、反射部材２１－１，２１－２が、基材１の面１ｃ，１ｄに略平行に配置されており、反射部材２１－３が、反射部材２１－１，２１－２に対して略垂直に配置され、反射部材２１－１，２１－２に接続されている。反射部材２１－１，２１－２，２１－３が、折り返し反射部材として機能し、２つの面１ｃ，１ｄのうちの一方の面１ｄから出射した励起光を反射させて２つの面１ｃ，１ｄのうちの他方の面１ｃへ入射させる。

なお、実施の形態７に係る励起光照射装置のその他の構成および動作については、実施の形態１～６のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。また、他の実施の形態においても、当該実施の形態７と同様に反射部材２１－１～２１－３を構成し、測定対象側の反射部材２１－３の反射面で、反射部材２１－１，２１－２とともに励起光を反射させるようにしてもよい。

実施の形態８．

実施の形態８では、折り返し反射部材としての反射部材２１－１，２１－２は、基材１の１つの面１ａから出射した励起光を反射させてその面１ａへ入射させる。

図１４は、実施の形態８に係る励起光照射装置の構成を示す断面図である。具体的には、例えば図１４に示すように、基材１の面１ｂに励起光が入射され、面１ｂに対向する面１ａから出射し、面１ａから出射した励起光が、反射部材２１－１，２１－２で反射し、その面１ａへ入射して面１ｂから出射（ＣＰＣに入射）する。

なお、実施の形態８に係る励起光照射装置のその他の構成および動作については、実施の形態１～７のいずれかと同様であるので、その説明を省略する。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

例えば、上記実施の形態１～８において、複数の反射部材２１－１～２１－３（あるいは複数の反射部材２１－１～２１－５）を、それらの反射面と同一の反射面を有する１つの部材としてもよい。

また、上記実施の形態１～８においては、反射部材２１－１～２１－５の反射面の形状を平面状としているが、曲面状としてもよい。また、上記実施の形態１～８において、反射部材２１－１～２１－３（あるいは反射部材２１－１～２１－５）を、曲面状の反射面を有する１つの部材としてもよい。

本発明は、例えば、ＯＤＭＲなどに基づく磁場や電場の測定に適用可能である。

１ 基材
２ コイル
２１－１，２１－２，２２ 反射部材

Claims (7)

1. 励起光で励起されるカラーセンタを含む基材と、
   前記基材に対して離間して配置された１または複数の反射部材とを備え、
   前記基材は、当該基材のいずれかの面において、当該基材内に入射した前記励起光を反射させずに出射させ、
   前記１または複数の反射部材は、前記基材から出射した前記励起光を反射して前記基材に入射させ、前記励起光の、前記基材への入射および前記基材からの出射を繰り返させて、所定回数だけ前記励起光を前記基材に通過させること、
   を特徴とする励起光照射装置。
2. 前記基材は、当該基材の長手方向に沿っておりかつ互いに対向している２つの面を有し、
   前記１または複数の反射部材は、少なくとも２つの折り返し反射部材を含み、
   前記折り返し反射部材は、前記２つの面のうちの一方の面から出射した前記励起光を反射させて前記２つの面のうちの他方の面へ入射させること、
   を特徴とする請求項１記載の励起光照射装置。
3. 前記１または複数の反射部材は、前記２つの面に略平行な２つの追加反射部材を含み、
   前記２つの追加反射部材のうちの一方の追加反射部材は、前記２つの面のうちの一方の面から出射した前記励起光を反射させて前記２つの面のうちの当該一方の面へ入射させ、
   前記２つの追加反射部材のうちの他方の追加反射部材は、前記２つの面のうちの他方の面から出射した前記励起光を反射させて前記２つの面のうちの当該他方の面へ入射させ、
   前記折り返し反射部材は、前記他方の追加反射部材で反射して前記基材の前記他方の面に入射して前記一方の面から出射した前記励起光を反射させて前記他方の面へ入射させ、
   前記一方の追加反射部材は、前記折り返し反射部材で反射して前記基材の他方の面に入射して前記一方の面から出射した前記励起光を反射させて前記一方の面へ入射させること、
   を特徴とする請求項２記載の励起光照射装置。
4. 前記基材は、当該基材の長手方向に沿った面を有し、
   前記１または複数の反射部材は、少なくとも２つの折り返し反射部材を含み、
   前記折り返し反射部材は、前記面から出射した前記励起光を反射させて当該面へ入射させること、
   を特徴とする請求項１記載の励起光照射装置。
5. 前記カラーセンタにおけるラビ振動に基づく電子スピン量子操作を行うためのマイクロ波を前記基材に印加するコイルをさらに備え、
   前記カラーセンタは、前記マイクロ波を照射され、測定対象の発生する被測定場の強度を特定するために使用され、
   前記１または複数の反射部材は、内側反射部材と外側反射部材とを含み、
   前記内側反射部材は、前記基材から出射した前記励起光を反射して前記基材に入射させ、
   前記励起光は、（ａ）前記基材に対して前記測定対象とは反対側から、前記基材の面のうち、前記測定対象に最も近い面以外の面へ入射して前記基材から出射し、（ｂ）前記内側反射部材で反射した後に前記基材へ入射し、前記測定対象に最も近い面以外の面から、前記基材に対して前記測定対象とは反対側に向けて出射し、
   前記外側反射部材は、前記基材から前記測定対象とは反対側に向けて出射した前記励起光を反射して、前記基材に対して前記測定対象とは反対側から、前記基材の面のうち、前記測定対象に最も近い面以外の面へ入射させること、
   を特徴とする請求項１記載の励起光照射装置。
6. 前記カラーセンタにおけるラビ振動に基づく電子スピン量子操作を行うためのマイクロ波を前記基材に印加するコイルをさらに備え、
   前記基材は、前記コイルにより形成される中空部内に配置され、
   前記反射部材は、前記コイルに対して固定されること、
   を特徴とする請求項１記載の励起光照射装置。
7. 基材に含まれるカラーセンタに励起光を照射する励起光照射方法において、
   前記基材のいずれかの面において、当該基材内に入射した前記励起光を反射させずに出射させ、
   前記基材に対して離間して配置された１または複数の反射部材で、前記基材から出射した前記励起光を反射して前記基材に入射させることで、前記励起光の、前記基材への入射および前記基材からの出射を繰り返させて、所定回数だけ前記励起光を前記基材に通過させること、
   を特徴とする励起光照射方法。

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