基于各向同性磁通集中器的地场 diamond 矢量磁计

基于氮空位中心（NV 中心）在金刚石中的光检测磁共振（ODMR）的矢量磁计正在得到发展，用于导航和地球磁测绘等应用。然而，在低磁场（如地球场约50 μT）时，这类金刚石磁计因光谱拥挤而难以分辨 ODMR 峰。本文实验性地研究了使用一种各向同性的三维磁通集中器以不改变地场方向的放大地场的可能方案。该集中器由六个铁氦体锥体构成，呈面心立方阵列，位于金刚石中心。我们变化 50 μT 应用场的方向，并记录并拟合相应的 ODMR 光谱。通过将拟合场与参考磁感应计的场进行比较，我们表征了金刚石磁计的角向响应，并量化了场强和角度的绝对误差。我们发现，当以固体角覆盖加权后，增益因子几乎各向同性，平均值为 19.05，标准差为 0.16。ODMR 线的梯度展宽足够小，使得光谱在几乎所有场向下都能良好分辨，缓解了光谱拥挤问题。在约 98% 的总 4π 固体角范围内，磁场估计不确定性的 Cramér-Rao 下界与完全分辨情况下的下界相比，误差在常数因子内，表明几乎不存在死区。我们追踪磁计在六小时内的稳定性，观察到的变化小于或约为 40 nT/h，受温度漂移所限。本研究为地球场下的金刚石矢量磁计提供了新路径，具有用于地磁勘测、异常检测和导航等潜在应用价值。