自主器件的临界传感：频率锁定NV中心磁力计的自振荡阈值

将探针频率反馈锁定到自旋共振是精密量子传感器的标准工作模式。在这里，我们故意将这种锁定操作在其稳定区域之外：一个连续波氮空位（NV）系综磁力计，通过频率调制（FM）锁定到其光探测磁共振（ODMR）的一个侧翼，通过提高软件环路增益$G$，被驱动穿过其离散反馈映射的翻转（倍周期）分岔。超过临界增益$\Gc$，锁定变为自持振荡器，其极限环由环路本身产生。我们推导了阈值条件$\Gc = 2\,\Dcal/\Dtrue$，该条件确定了阈值的可测量内容：标定时ODMR锁定信号的换能斜率$D_{cal}$与其当前值$D_{true}$之比。我们提出了一个可辨识性分析，展示了这个单一标量可以区分哪些物理参数，表征了在现实噪声下$\Gc$的估计量，并报告了在我们当前装置上的测量结果：一个实验分岔图，其起始点位于$\Gc \approx 2$，与自校准环路的预测一致，亚阈值临界涨落遵循预测的$\sqrt{G/(2-G)}$发散。