NV色心磁检测系统磁屏蔽及磁补偿关键技术研究

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1、分类号：TN431.2单位代码：10110学号：S1506063中北大学全日制工程硕士学位论文NV色心磁检测系统磁屏蔽及磁补偿关键技术研究硕士研究生林朝东校内指导教师李艳君校外指导教师贾晓宇所在领域仪器仪表工程2018年06月04日图书分类号TN431.2密级非密注1UDC654全日制工程硕士学位论文NV色心磁检测系统磁屏蔽及磁补偿关键技术研究林朝东（作者姓名）校内指导教师（姓名、职称）李艳君教授校外指导教师（姓名、职称）贾晓宇工程师申请学位级别全日制工程硕士学位所在领域（研究方向）仪器仪表工程论文提交日期2018年04月08日论文答辩日期2018年06月04日学位授

2、予日期年月日论文评阅人李刚、禚凯、唐军答辩委员会主席王晓凯2018年06月04日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或

3、其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文NV色心磁检测系统磁屏蔽及磁补偿关键技术研究摘要金刚石氮空位色心的固态自旋在弱磁检测方面有高灵敏度和高空间分辨率的特点。同时，NV原子磁强计具有自旋相干时间长、体积小、启动速度快、工作温度范围大、稳定度高等潜在巨大优势，这些优势吸引了众多研究者的关注。在此课题的基础上，本文研究了NV色心制备技术、电磁的屏蔽技术以及能产生高精度匀强磁场的三

4、维亥姆霍兹线圈。首先，在NV色心制备过程中，研究了磁测量敏感单元NV色心浓度以及均匀度的可控制备技术，现阶段利用低氮含量金刚石制备的NV色心浓度可达到8ppm；同时，通过荧光光谱得到了NV色心浓度随N离子注入、电子注入变化的规律。其次，本文分析了NV色心的磁测量原理，进而设计了能提高磁场精度及均匀度的方案。在电磁屏蔽原理的基础上，针对实验需求设计了电磁屏蔽装置。利用三维有限元法（FEM）,以及Ansoft3D电磁仿真软件建立了高磁导率材料及高电导率材料的空心圆柱体形屏蔽模型，且分析多种参数对于屏蔽系数的影响，最终选择最优的电磁屏蔽方案设计加工屏蔽筒，并且对多种环境的磁

5、场进行了主动屏蔽试验。最后，研究了亥姆霍兹线圈相关特性及均匀场的产生原理，并且采用Ansoft及Matlab对亥姆霍兹线圈进行仿真。依据仿真的结果分析线圈内部的均匀磁场的分布特点及匀场强度。结合仿真的结果和试验需求设计并且加工一维亥姆霍兹线圈和三维亥姆霍兹线圈。为了进一步提高对NV色心所施加磁场的精度，利用NV色心本身对磁场敏感及补偿的方法设计了磁场控制系统。关键词：NV色心，磁检测，电磁屏蔽，匀强磁场，AnsoftMaxwell3D仿真中北大学学位论文Keytechnologystudiesofmagneticshieldingandmagneticcompensa

6、tionbasedonNitrogen-VacancyCentersMagneticdetectionsystemAbstractThesolid-statespinofthediamondnitrogenvacantcolorcenterhashighsensitivityandhighspatialresolutioninthefieldofweakmagneticdetection.Atthesametime,NVatomicmagnetometerhasthepotentialgreatadvantagesoflongspincoherenttime,smal

7、lvolume,quickstart,largeworkingtemperaturerangeandhighstability.Theseadvantagesattracttheattentionofmanyresearchers.Onthebasisofthissubject,thepreparationtechnologyofNitrogen-VacancyCenters,theshieldingtechnologyofelectromagneticandthethree-dimensionalHelmholtzcoilwhichcanprodu