NV 色心量子传感应用解决方案
从高速瞬态记录到精密信号生成的全链路方案
2 ns
荧光信号时间分辨率采集
μT 级
ODMR 谱线高分辨率磁场测量
< 1 ns
激光与微波多通道时序误差
Solution Background
方案背景：量子传感器正在走向实用化
从单个原子级别提取信息，实现更高的灵敏度、分辨率与抗干扰能力
量子传感器是一种利用量子力学原理（量子叠加、自旋态、量子纠缠）感知物理世界变化的先进测量设备。与传统传感器依赖大量粒子平均效应不同，量子传感器能从单个原子级别提取信息，实现更高的灵敏度、分辨率与抗干扰能力。
其中，基于金刚石氮空位（NV）色心的量子磁传感器凭借室温工作、纳米级空间分辨等独特优势，正推动量子传感技术从实验室走向产业化落地。
维度
经典传感器
量子传感器
地球重力场与构造运动监测
非GPS场景下精确定位与导航
生物医学成像（如 MRI）
地下空间成像（古遗址、隧道）
电磁场、微波、光场精密测量
高灵敏磁力测量（NV 磁强计）
Basic Knowledge
什么是NV色心？
金刚石晶格中的”缺陷结构”，却是最灵敏的量子传感器之一
金刚石氮空位（NV）中心：当一个碳原子被氮原子取代，且相邻晶格位置为空位时形成的缺陷结构。钻石主要由自旋中性的碳-12 原子组成，NV 中心的自旋不受相邻原子影响；坚硬的金刚石基质使原子在室温下不会剧烈振动，因此 NV 中心可在室温下长时间保持量子相干。
光学特性（光致发光）：用绿光照射时，NV 中心发出红光。其自旋状态决定荧光强度——科学家通过亮度变化即可监测微波或磁场引起的自旋态变化，进而反推磁场强度、微波频率等物理量。这种技术被称为光探测磁共振（ODMR）。
金刚石晶格中的 NV 色心：氮原子（N）与空位（V）组成的缺陷结构
Solution Architecture
方案架构：三大核心设备系统级协同
从时域信号高速精准捕获 → 复杂量子控制序列灵活编程 → 自旋共振频率驱动，全链路优化
AWG 在基于 NV 中心的磁场测量中的应用架构图
ODMR 光探测磁共振（NV 色心传感器）系统架构示意：AWG 精密操控激光与微波时序，SignalCore 模块化微波信号源提供高性价比微波激励，高速数字化仪完成荧光信号 2 ns 分辨率采集
Key Devices Applications
三大核心设备关键应用
高速数字化仪 × 任意波形发生器 × 射频微波信号源——各自承担的关键角色
高保真捕获自旋态信息
高达 2 ns 时间分辨率，精准采集快速演化的微弱荧光信号，实现自旋态信息编码的高保真获取。
微弱荧光信号 → 自旋态读出稳定保障量子控制时序
高精度同步能力确保复杂量子控制序列严格对齐，为量子态分析与磁场测量提供坚实数据支撑。
全系统时序基准对齐01电脉冲控制
AWG-7000 能够产生幅度高达 5 Vpp 的窄电方波脉冲，用于控制电光幅度调制器生成短激光脉冲，接近高斯形状的光脉冲半高宽（FWHM）可窄至 130 ps。
FWHM 窄至 130 ps 的近高斯光脉冲02相位调制与频率边带
可驱动电光相位调制器，生成高达约 7 GHz 的频率边带，从而用相位稳定的激光场驱动两个光学跃迁，满足复杂的量子实验测试需求。
高达约 7 GHz 的频率边带03多通道时序同步
一路通道驱动 AOM 输出纳秒级精准激光脉冲，完成自旋泵浦（初始化）与量子态读出；另一路通道生成微波波形，激光与微波时序误差控制在 1 ns 内。
多通道时序同步，时序误差 < 1 ns04可编程微波输出
可设置微波连续扫频（测静态磁场），或生成 π/2、π 等脉冲序列（自旋回波 / 动力学解耦，抑制噪声、测交变磁场）；精准控制微波频率、幅度、相位，最大化磁场测量灵敏度。
CW 扫频 + π/2、π 脉冲序列可编程精确扫频实现 CW-ODMR 测量
毫秒级精确频率扫描实现连续波光学探测磁共振谱（CW-ODMR）测量，2.7–2.9 GHz 扫频范围完全覆盖 NV 中心在不同磁场和温度条件下的共振频段。
谱线位置 ↔ 磁场强度 B优异相位噪声保障谱线质量
相位噪声可低于 −114.5 dBc/Hz，保障 CW-ODMR 谱线的锐利度与稳定性，支持 NV 磁力计实现 μT 级甚至更高分辨率的磁场测量。
μT 级高分辨率磁场测量SignalCore 模块化微波激励方案
德思特 SignalCore 模块化射频微波信号源，扫频与幅度可控、模块化可扩展、高性价比，承担 ODMR 实验的微波激励链路，与 AWG、数字化仪系统级协同。
模块化 · 可扩展 · 高性价比功率放大与微波馈送
配合功率放大器与微波开关，将微波激励经谐振腔 / 环形器精准施加至 NV 色心，激励功率与通路灵活可控。
微波链路完整配套Solution Advantages
方案优势
全链路系统级优化，帮助科研团队及企业跨越技术鸿沟
高保真捕捉量子态演化信号
行业领先的超高时间分辨率与严格同步能力，精准捕获快速演化的微弱荧光信号
高精度生成复杂量子控制序列
灵活波形生成与高频调制驱动能力，满足精密量子操控对时序与精度的严苛要求
高效率测量 NV 中心共振特性
专用频段精确扫频与优异相位噪声性能，保障 ODMR 谱线锐利稳定
全链路覆盖系统级优化
从信号发生到数据采集的全链路覆盖，三大核心设备系统级协同
多类量子体系实验适配
满足 NV 中心、原子钟、冷原子等多类量子体系控制要求，适配量子传感、量子光学、量子计算等场景
纳秒/皮秒分辨率，高频宽带
控制 <200 ps
激光调控能力，频率调制范围可达 6 GHz，覆盖 NV 体系常见微波激发频段
Applications
典型应用与实际案例
从三大典型测量模式到全球前沿量子实验室的落地实践
三大典型应用
微波连续扫频测量 ODMR 共振谱线，能级分裂ΔE与磁场强度B成正比，解析谱线得到静态磁场数据。
激光初始化 → 微波调控 → 荧光读出生成 π/2、π 等微波脉冲序列（自旋回波 / 动力学解耦），抑制噪声、测量交变磁场。
自旋回波 + 动力学解耦序列可编程定制微波脉冲序列筛选目标频率信号、压制环境噪声，解析核自旋进动产生的相位变化，得到 NMR 谱与成像信息。
样品核自旋进动 → NV 相位偏移 → 谱线实验室落地案例
德国 · 斯图加特大学 & QHMI 联合体
NV 色心 ODMR 装置透过皮肤检测 10–100 pT 肌肉神经磁场信号，用于假肢控制建模，目标是未来实现 fT 级灵敏度探测大脑信号。阅读详情→
德国 · 斯图加特大学物理系
AWG 负责控制激光器、IQ 调制微波信号、射频脉冲产生及触发数据采集，”它实际上运行了整个实验”。实验需要短至 10–20 ns 的极短脉冲。联系德思特获取应用详情→
美国 · 加州大学圣地亚哥分校物理系
将原子冷却至接近绝对零并用激光脉冲移入三角形晶格，要求激光控制信号极度精确、超低噪声——任何噪声都会加热原子导致操控失败。联系德思特获取应用详情→
Relevant Products
方案相关产品
信号发生与数据采集的完整产品组合
高性能任意波形发生器
17 GS/s｜ 5 Vpp ｜ 50 ps 快沿
高速数字化仪
最高 5 GS/s | 1.5 GHz | 128 通道同步
微波源/扫频源
2.7–2.9 GHz 精确扫频 ｜ 相噪低至 −114.5 dBc/Hz
需要为您的 NV 色心实验定制信号链方案？
告诉我们您的应用场景，为您免费评估测量链路设计，可线上线下演示AWG、数字化仪、扫频源在应用中的调试等指导
