若把自旋磁矩不等于零的物質(zhì)放到靜磁場 H 中 , 由于磁場 H 與自旋磁矩的相互作用 , 使原子能級(jí)產(chǎn)生分裂 , 這種分裂稱為塞曼 ( Zeeman) 分裂 . 在塞曼磁能級(jí)之間產(chǎn)生的受激躍遷稱為磁共振。
拉比振蕩
激光脈沖打入物質(zhì)中引起介質(zhì)上下能級(jí)粒子數(shù)周期性反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象成為拉比振蕩，振蕩頻率稱為拉比頻率，此過程發(fā)生的前提條件是脈沖時(shí)間小于介質(zhì)的馳豫時(shí)間，且不考慮阻尼。這樣可以理解為粒子的激發(fā)態(tài)壽命大于脈沖的作用時(shí)間。
ODMR 技術(shù)
光 探 測 磁 共 振（Optically Detected Magnetic Resonance，ODMR）是指原子、分子的光學(xué)頻率的共振與射頻或微波頻率的磁共振同時(shí)發(fā)生的雙共振現(xiàn)象，用 ODMR 記錄的是磁共振態(tài)時(shí)對光響應(yīng)的變化。ODMR 具有高靈敏度和高分辨率等優(yōu)勢，與熒光、拉曼、圓二色性及閃光光解等實(shí)驗(yàn)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來 , 成為研究生物大分子（分子量從幾千到幾百萬）的能態(tài)、結(jié)構(gòu)與過程的有力手段。
利用金剛石氮 - 空位（NV）色心作為納米尺度的“量子探針”，結(jié)合 ODMR 技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的高空間分辨以及單電子自旋甚至是單個(gè)核自旋的超高探測靈敏度，是一種新型的微觀磁共振技術(shù)。其原理是通過連續(xù)激光來極化 NV 色心至某一初始態(tài)，然后通過脈沖式微波操控量子態(tài)，最后用激光極化 NV 色心的同時(shí)通過統(tǒng)計(jì)熒光光子的計(jì)數(shù)來判斷 NV 色心當(dāng)前所處的量子態(tài)，利用單自旋體系對外界環(huán)境的敏感性從而得到樣品的相關(guān)屬性。目前，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于納米到微米尺度的弱磁場測量及電子自旋和核自旋的探測，以及高空間分辨和高靈敏度的磁成像。
系統(tǒng)方案配置與選型
北京卓立漢光儀器有限公司結(jié)合多年的光電系統(tǒng)研制經(jīng)驗(yàn)，全新推出基于金剛石 NV 色心的 ODMR 與反聚束測試技術(shù)的測試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn) ODMR 測試、光子反聚束測量等功能。
系統(tǒng)以金剛石 NV 色心為測試對象，首先利用高性能顯微光路系統(tǒng)定位其在金剛石中的具體位置；進(jìn)而應(yīng)用 ODMR 技術(shù)對 NV 色心的ODMR 光譜進(jìn)行測試，得到塞曼分裂譜。激光照射和激發(fā) NV 色心即可將 NV 色心調(diào)控到基態(tài)自旋態(tài) |0>，而同步使用共振微波脈沖（脈沖寬度半個(gè)拉比周期，即 π 脈沖）輻射則可以將之調(diào)控到 |1> 或 |-1> 從而實(shí)現(xiàn)磁共振的操控。利用金剛石中的這種氮 - 空穴自旋能級(jí)受塞曼效應(yīng)的影響，可獲得周圍磁場的信息。在激光激發(fā)過程中依賴于自旋能級(jí)的熒光信號(hào)強(qiáng)度被用來推斷自旋能級(jí)的布居。從而 NV色心基態(tài)的自旋能級(jí)結(jié)構(gòu)可以使用光泵磁共振技術(shù)進(jìn)行探測。由于自旋能級(jí)間的能量間隙取決于磁場強(qiáng)度，所以可以通過測量共振微波的頻率來測量磁場。
利用 HBT(HanduryBrown-Twiss) 實(shí)驗(yàn)得到二階自相干函數(shù)，確定是單個(gè) NV 色心，或是多個(gè)色心的系綜發(fā)光。最后，對于單一 NV 色心實(shí)施量子調(diào)控，獲得拉比振蕩、自由弛豫衰減、哈恩回波實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
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