基于激光栅扫描的高速 NV ensemble 磁场成像
应用物理
2025-12-18 v3 量子物理
摘要
我们提出了一种利用掺杂氮空位（NV）中心晶体中磁场的高时空分辨率和高灵敏度成像技术。通过使用声光偏转器（AOD）对聚焦激光束进行栅格扫描，并仅用单个光电探测器读取 NV 中心的荧光，从而实现低噪声检测和高动态范围。该方法在尚未探索的范畴内运行，即准连续波光学探测磁共振（qCW-ODMR）。在此范畴中，NV 中心经历短脉冲光泵以进行自旋读取和再极化——类似于脉冲 ODMR——而微波场持续驱动自旋跃迁。我们系统地表征了该范畴，表明自旋响应由可调谐的相互作用决定，该相互作用在泵浪激光脉冲之间的时间间隔中决定——既有相干演化又有松弛。值得注意的是，该技术无需精确的微波脉冲控制，从而简化了实验实现。为演示其能力，我们以亚毫秒时空分辨率成像来自线圈的时变磁场。该方法实现了灵活的空间抽样，并凭借我们的晶体实现了每像素 nT/Hz 级灵敏度，使其特别适合检测生物学和其他复杂系统中的弱动态磁场。
引用
@article{arxiv.2512.01894,
title = {High-Speed NV Ensemble Magnetic Field Imaging via Laser Raster Scanning},
author = {Luca Troise and Nikolaj W. Hansen and Marvin Holten and Dhiren M. Kara and Jean-Francois Perrier and Ulrik L. Andersen and Alexander Huck},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.01894},
year = {2025}
}