本发明涉及金刚石色心制备技术领域，尤其涉及一种提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法。
背景技术：
金刚石nv色心具有多种优良性质的固态单自旋量子体系，借助nv色心可以实现微弱磁场的探测，在室温常压条件下，就能利用激光初始化读出nv电子的自旋状态，进而实现外部磁场的测量，被广泛应用于量子存储、量子信息处理、生物荧光标记以及超分辨成像等领域。传统激发金刚石nv色心方法为使用532nm激光器将激光由金刚石大面垂直入射进入金刚石内部，这种方法会导致激光光程比较短，一般为微米级别，所激发的金刚石nv色心较少，导致金刚石nv色心的荧光光子数减少。
根据金刚石磁探测声子散射噪声极限灵敏度公式
技术实现要素：
针对现有nv色心的荧光收集效率低以及荧光收集效率提升困难的问题，本发明提供一种提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，包括如下工艺步骤：
a、取长方体金刚石，使用2-10mev电子束对其进行辐照；
b、将经过所述辐照后的所述金刚石在1-5-10-5mbar、850-1000℃下退火；
c、去除完成所述退火后的所述金刚石表面的氧化层和杂质，在所述金刚石相对的两个侧面分别连接光纤，剩余的四个面镀上全反射镀层。
本发明提供的提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，通过使用高能电子束辐照所述长方体金刚石，使长方体金刚石内部产生特定数量的空位；然后将产生特定数量空位的金刚石在1-5-10-5mbar、850-1000℃下退火，使金刚石内部的空位移动并与金刚石中的n结合形成大量的nv色心，同时消除金刚石的内应力缺陷；形成大量的nv色心的长方体金刚石对应两侧面连接光纤，并将长方体金刚石剩余的四个面镀上全反射镀层，使金刚石其余各面均发生光的全反射，最终全部反射到长方体两端的光纤里。激光从光纤射入长方体金刚石内部后，除长方体金刚石两端光纤连接面外，其余各面均用来反射激光与荧光信号，并通过入射激光的光纤收集激光激发金刚石所产生的荧光。本发明提供的提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法可以使单晶金刚石色心腔体达到类似光纤腔体的高效率荧光反射与收集的效果，显著增加金刚石nv色心的荧光收集效率，利用该金刚石制备光学波导微腔的激光激发与荧光收集，不存在漏光现象，所激发的荧光都被两侧的光纤收集，收集效率接近100％。
优选的，所述金刚石为掺氮浓度为1-200ppm的单晶金刚石。
上述高掺氮浓度的金刚石可以进一步提高金刚石内部nv色心形成的数量。
优选的，所述金刚石表面的粗糙度为0.2-1nm。
优选的，所述辐照时间为1-10h。
优选的，所述退火时间为1-5h。
优选的，去除所述金刚石表面的氧化层和杂质的方法为：将所述金刚石加入强酸溶液中煮沸。
优选的，所述强酸溶液由体积比为1:0.8-1.2的浓硫酸和浓硝酸溶液组成。
优选的，所述煮沸时间保持30-180min。
优选的，所述光纤为y型光纤。
附图说明
图1是本发明实施例1得到的金刚石组装成荧光收集系统的结构示意图；其中，1、长方体金刚石，2、铜天线，3、微波源，4、y型光纤，5、532nm激光器，6、准直器，7、双色镜片，8、滤光片，9、光电探测器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，包括如下工艺步骤：
a、取掺氮浓度为5ppm、大小为1.5mm×1.5mm×10mm的长方体单晶金刚石，对该长方体金刚石的六个面进行抛光，使其六个面的粗糙度为0.2nm，使用10mev电子束对抛光后的金刚石辐照1h；
b、将经过辐照后的金刚石在10-5mbar、850℃下退火5h；
c、将完成退火后的金刚石加入由体积比为1:0.8的浓硫酸和浓硝酸溶液组成的强酸溶液中煮沸，并保持30min，去除金刚石表面的氧化层和杂质；然后取出金刚石，使用高折射率的紫外固化胶在长方体金刚石相对的两个面积最小的侧面上分别连接y型光纤，剩余的四个面镀上全反射镀层。
将本实施例中镀上全反射镀层并连接光纤后的金刚石组装成荧光收集系统，如图1所示。532nm激光器5发出的激光经双色镜片7、准直器6和y型光纤4照射长方体金刚石1，微波源3产生的微波通过铜天线2发射并作用于长方体金刚石1的nv色心上，nv色心激发态电子与微波发生共振并发出荧光，发出的荧光依次经过y型光纤4、准直器6、双色镜片7和滤光片8后被光电探测器9收集，光电探测器9输出电信号。经检测本实施例中的金刚石nv色心荧光收集效率可达到99.9％。
实施例2
一种提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，包括如下工艺步骤：
a、取掺氮浓度为98ppm、大小为1.5mm×1.5mm×10mm的长方体单晶金刚石，对该长方体金刚石的六个面进行抛光，使其六个面的粗糙度为0.5nm，使用5mev电子束对抛光后的金刚石辐照5h；
b、将经过辐照后的金刚石在5-5mbar、900℃下退火3h；
c、将完成退火后的金刚石加入由体积比为1:1的浓硫酸和浓硝酸溶液组成的强酸溶液中煮沸，并保持100min，去除金刚石表面的氧化层和杂质；然后取出金刚石，使用高折射率的紫外固化胶在长方体金刚石相对的两个面积最小的侧面上分别连接y型光纤，剩余的四个面镀上全反射镀层。
将本实施例中连接光纤后的金刚石组装成荧光收集系统，其结构与实施例1中的相同。经检测本实施例中的金刚石nv色心荧光收集效率可达到100％。
实施例3
一种提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，包括如下工艺步骤：
a、取掺氮浓度为198ppm、大小为1.5mm×1.5mm×10mm的长方体单晶金刚石，对该长方体金刚石的六个面进行抛光，使其六个面的粗糙度为1nm，使用2mev电子束对抛光后的金刚石辐照10h；
b、将经过辐照后的金刚石在1-5mbar、1000℃下退火1h；
c、将完成退火后的金刚石加入由体积比为1:1.2的浓硫酸和浓硝酸溶液组成的强酸溶液中煮沸，并保持180min，去除金刚石表面的氧化层和杂质；然后取出金刚石，使用高折射率的紫外固化胶在长方体金刚石相对的两个面积最小的侧面上分别连接y型光纤，剩余的四个面镀上全反射镀层。
将本实施例中连接光纤后的金刚石组装成荧光收集系统，其结构与实施例1中的相同。经检测本实施例中的金刚石nv色心荧光收集效率可达到99.9％。
对比例1
将实施例1中的退火温度改为800℃，其它条件及方法不变，经检测本对比例中的金刚石nv色心荧光收集效率为88.3％。
对比例2
将实施例1中的退火温度改为1100℃，其它条件及方法不变，经检测本对比例中的金刚石nv色心荧光收集效率为79.6％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：
a、取长方体金刚石，使用2-10mev电子束对其进行辐照；
b、将经过所述辐照后的所述金刚石在1-5-10-5mbar、850-1000℃下退火；
c、去除完成所述退火后的所述金刚石表面的氧化层和杂质，在所述金刚石相对的两个侧面分别连接光纤，剩余的四个面镀上全反射镀层。
2.如权利要求1所述的提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，其特征在于：所述金刚石为掺氮浓度为1-200ppm的单晶金刚石。
3.如权利要求1所述的提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，其特征在于：所述金刚石表面的粗糙度为0.2-1nm。
4.如权利要求1所述的提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，其特征在于：所述辐照时间为1-10h。
5.如权利要求1所述的提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，其特征在于：所述退火时间为1-5h。
6.如权利要求1所述的提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，其特征在于：去除所述金刚石表面的氧化层和杂质的方法为：将所述金刚石加入强酸溶液中煮沸。
7.如权利要求6所述的提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，其特征在于：所述强酸溶液由体积比为1:0.8-1.2的浓硫酸和浓硝酸溶液组成。
8.如权利要求6所述的提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，其特征在于：所述煮沸时间保持30-180min。
9.如权利要求1所述的提高金刚石nv色心荧光收集效率的方法，其特征在于：所述光纤为y型光纤。
技术总结