一、NV色心：鉆石中的量子傳感器

NV色心是金剛石晶格中的氮-空位缺陷，具備室溫量子相干、光學(xué)讀出自旋態(tài)、納米級(jí)空間分辨率、微波相干操控成熟且精準(zhǔn)、生物兼容性等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。它不僅成為量子計(jì)算、量子網(wǎng)絡(luò)和高精度傳感的核心物理體系，更在生物成像、單分子探測(cè)和自主導(dǎo)航等領(lǐng)域展現(xiàn)出顛*性潛力。當(dāng)前NV色心的研究正處于從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵階段，材料制備、儀器設(shè)備、算法與控制等均較為成熟，但大規(guī)模、高一致性地制造性能均勻的NV色心陣列，是量子計(jì)算應(yīng)用的核心瓶頸，此外將NV色心傳感器與光、電系統(tǒng)高效集成，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化與便攜化也是前沿發(fā)展趨勢(shì)。

卓立漢光深耕光電技術(shù)多年，圍繞NV色心實(shí)驗(yàn)中的 “激發(fā)-操控-檢測(cè)"全光路環(huán)節(jié)，提供高精度、高穩(wěn)定性的光學(xué)鏡架、壓電位移、隔振平臺(tái)與系統(tǒng)集成方案，助力用戶突破設(shè)備限制，專注科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

二、NV色心實(shí)驗(yàn)全光路支持方案

在利用 NV 色心進(jìn)行的量子傳感與精密測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)的光路可分為激發(fā) - 操控 - 檢測(cè)三大模塊，鏡架的選擇需兼顧一定的調(diào)節(jié)精度、穩(wěn)定性（低漂移）、兼容性（多元件協(xié)同）三大指標(biāo)，但每個(gè)模塊對(duì)鏡架的功能需求不同：

（1）激發(fā)模塊：需實(shí)現(xiàn)激光準(zhǔn)直、偏振態(tài)控制、功率調(diào)節(jié)，對(duì)應(yīng)鏡架類型為一維平移鏡架、二維旋轉(zhuǎn)鏡架、濾光片輪鏡架；（2）操控模塊：涉及微波天線與光學(xué)元件的協(xié)同，需集成式微波鏡架、三維微調(diào)鏡架；

（3）檢測(cè)模塊：需保證熒光收集效率和信號(hào)穩(wěn)定性，依賴高精度物鏡鏡架、共聚焦光路調(diào)節(jié)鏡架。

三、關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的鏡架應(yīng)用

1. 激發(fā)光路的精準(zhǔn)調(diào)控

激光準(zhǔn)直與偏振控制

（1）俯仰偏擺鏡架：調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡的軸向位置，補(bǔ)償激光源出射端的偏移，確保激發(fā)光平行度（直接影響 NV 色心的自旋極化效率）?？梢圆捎米苛h光NMHS系列高穩(wěn)鏡架

（2） 二維旋轉(zhuǎn)鏡架：通過(guò)高精度旋轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)節(jié) 1/4 波片角度，將線偏振光轉(zhuǎn)為圓偏振光，增強(qiáng) NV 色心的自旋初始化效果。

（3）功率調(diào)節(jié)與波長(zhǎng)切換

濾光片輪鏡架：集成多檔位中性密度（ND）濾光片，通過(guò)旋轉(zhuǎn)切換實(shí)現(xiàn)激發(fā)光功率的快速調(diào)節(jié)（如從 100% 衰減至 0.1%），避免高功率激光損傷樣品。

二向色鏡調(diào)節(jié)鏡架：使用二維角度調(diào)節(jié)鏡架優(yōu)化二向色鏡角度，確保 532 nm 激發(fā)光完*反射至物鏡，同時(shí)透射 637 nm 熒光。

2. 熒光收集效率的提升策略

固態(tài)半球面鏡（SIL）集成

三維精密鏡架：將固態(tài)半球面鏡固定在納米級(jí)位移臺(tái)上（如我們的S系列三維壓電掃描臺(tái)），通過(guò) XYZ 三軸微調(diào)（精度 < 5 nm），使 SIL 頂點(diǎn)與 NV 色心精確對(duì)齊，利用近場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)將熒光收集效率提升 2.5 倍以上。

防振動(dòng)設(shè)計(jì)：試驗(yàn)臺(tái)用高效隔振系統(tǒng)（如卓立漢光ZVI系列主動(dòng)隔振平臺(tái)），減少環(huán)境振動(dòng)對(duì)光路的干擾，適用于長(zhǎng)時(shí)間熒光信號(hào)采集。

微球腔與光纖耦合

二維平移鏡架：將內(nèi)含 NV 色心的微球腔（直徑 200-500 μm）與光纖端面固定在高精度平移臺(tái)上（如Auto壓電鏡架），通過(guò)亞微米級(jí)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)微球腔與光纖的高效耦合（耦合效率 > 80%），利用回音壁模式增強(qiáng)熒光信號(hào)。

3. 微波操控與光學(xué)元件的協(xié)同

（1）集成微波天線的鏡架

導(dǎo)電鏡架設(shè)計(jì)：在鏡架結(jié)構(gòu)中嵌入銅導(dǎo)線天線，通過(guò)三維微調(diào)鏡架（如上訴提到的SUS不銹鋼高穩(wěn)鏡架）將天線與 NV 色心的距離控制在 500 nm 以內(nèi)，產(chǎn)生強(qiáng)微波磁場(chǎng)（B?>170 μT），實(shí)現(xiàn)自旋態(tài)的快速操控。

微波 - 光學(xué)共線傳輸：將微波天線與物鏡集成在同一鏡架上，通過(guò)軟件同步控制鏡架移動(dòng)，確保微波激發(fā)與熒光收集的時(shí)空同步性。

（2）低溫環(huán)境下的鏡架適配

低溫兼容材料：在 2K 超低溫環(huán)境中，采用無(wú)氧銅或鈦合金鏡架，避免材料熱脹冷縮導(dǎo)致的光路漂移，同時(shí)支持物鏡的納米級(jí) Z 軸調(diào)節(jié)（如使用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)）。同時(shí)物鏡建議采用低溫物鏡，我司對(duì)應(yīng)的型號(hào)如下。

4. 高靈敏度檢測(cè)的鏡架優(yōu)化

（1）共聚焦光路調(diào)節(jié)

軸向調(diào)節(jié)：通過(guò)一維壓電位移臺(tái)（如 LS65壓電平移臺(tái)）微調(diào)檢測(cè)針孔位置，將共聚焦光斑尺寸壓縮至亞微米級(jí)，提高熒光信號(hào)的信噪比（SNR>20 dB）。

（2） 濾光片切換模塊：采用濾光片輪鏡架，快速切換長(zhǎng)通濾光片和帶通濾光片，適應(yīng)不同波長(zhǎng)熒光信號(hào)的檢測(cè)需求。

（3）探測(cè)器精準(zhǔn)定位

二維微調(diào)鏡架：將單光子探測(cè)器固定在高精度平移臺(tái)上（因?yàn)樾枰欢ǖ呢?fù)載，建議采用卓立漢光電動(dòng)位移臺(tái)），通過(guò)亞微米級(jí)調(diào)節(jié)使探測(cè)器光敏面與熒光出射方向精確對(duì)準(zhǔn)，提升信號(hào)采集效率（計(jì)數(shù)率 > 10? cps）。

三、為什么選擇卓立漢光？

全鏈路產(chǎn)品支持：從光學(xué)鏡架、壓電臺(tái)到隔振平臺(tái)，提供NV色心實(shí)驗(yàn)全流程產(chǎn)品，支持定制化需求。

高精度與低溫兼容性：壓電位移精度達(dá)納米級(jí)，兼容低溫環(huán)境；鏡架具備鎖緊防抖設(shè)計(jì)，避免光路漂移。

多技術(shù)協(xié)同能力：支持微波-光學(xué)共線集成、熒光-探測(cè)同步等復(fù)雜實(shí)驗(yàn)架構(gòu)。

卓立漢光愿成為您NV色心系統(tǒng)構(gòu)建的可靠伙伴。提供從光學(xué)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品選型到系統(tǒng)集成的全流程支持。如需進(jìn)一步了解產(chǎn)品性能、申請(qǐng)演示或獲取定制方案，歡迎聯(lián)系我們。

四、更多適配的產(chǎn)品：

（1）六軸位移臺(tái)----在綠光傳輸時(shí)，需要通過(guò)光纖將 532 nm 綠光耦合到金剛石樣品，使 NV 色心進(jìn)入基態(tài)自旋極化狀態(tài)，另外部分實(shí)驗(yàn)需用 637 nm 紅光激發(fā) NV 色心，光纖同樣用于傳輸該波長(zhǎng)光。

那么多角度的精密耦合臺(tái)就會(huì)在這個(gè)過(guò)程中用到。而六軸壓電位移臺(tái)就是一個(gè)比較適配的產(chǎn)品。

（2）壓電鏡架---光路的角度自然是通過(guò)壓電式鏡架調(diào)節(jié)最合適?？梢灾魍艫uto長(zhǎng)行程的壓電鏡架

（1）各類調(diào)整架----反射鏡架/透射鏡架/偏振元件旋轉(zhuǎn)架/接桿等等

（2） 氣浮光學(xué)平臺(tái)---實(shí)驗(yàn)室的基本設(shè)施，NV色心實(shí)驗(yàn)對(duì)穩(wěn)定性要求較高，氣浮式光學(xué)平臺(tái)是必*的。同時(shí)也兼具對(duì)阻尼式操作臺(tái)的需求。

（3） 物鏡掃描臺(tái)---利用物鏡觀測(cè)金剛石的缺陷時(shí)，可以用物鏡掃描臺(tái)精密的控制焦距