ODMR900固态色心量子光学与光谱测试系统 - 苏州惟光探真科技有限公司

主要性能特点

插槽式模块化光路设计，可扩展集成多个激发波长；
集成宽场扫描，可快速定位色心位置；
可在光谱信号收集模式和成像模式之间自由切换；
集成低温磁体样品环境；
可测光探测磁共振谱、FLIM、共振激发谱等多种功能；
自动化软件控制。

设备光路示意图

产品技术规格

设备名称

配置与性能

固态色心量子光学与光谱测试系统（型号：ODMR900）

显微成像模组

配备齐焦距离95 mm的长工作距离消色差物镜：10x/20x/50x半复消色差物镜可选；
500万像素成像相机； LED科勒照明系统；高精度XYZ三维位移台，XY方向行程6mm，Z方向行程6mm；
自动聚焦模块（选配）：激光离焦量传感器测量离焦量，通过精密电机升降物镜进行补偿，自动维持激光稳定地聚焦于样品表面。

宽场荧光成像模组

532nm/637nm连续激光器可选；10x半复消色差物镜，用于快速大面积扫描样品，定位色心并计数；500万像素高分辨率成像相机；高精度XYZ三维位移台，XYZ方向行程各6mm。

532nm脉冲激发光源

532nm连续激光器，TEM00光斑，声光调制器控制激光通断产生激发光脉冲序列。

光谱采集模块

光谱范围200-1100nm，光谱分辨率优于0.2nm。

荧光寿命采集模块

计数率100Mcps，通道数65535，分辨率:16ps/128ps-1.024ns/2.048ns--33.55us激光功率校准模块(选配):内部集成激光功率计对激光功率进行测量和校准，保证每次测量时的激光激发功率不变化

射频微波激发模块

微波频率DC-6 GHz，支持AM、FM、ΦM、脉冲调制、频率扫频和I/Q调制，调制带宽DC-100 MHz。100W功率放大器频率范围50MHz-500MHz，25W功率放大器频率范围有20MHz-2.7GHz和700MHz-6GHz。

多路脉冲时序控制

500MHz内部时钟频率，2 ns最短脉冲时间，12ns最短脉冲间隔，21个独立输出通道

低温磁体

完全无液氦系统，脉管制冷机，8个光学窗口，±7T磁场，Φ89mm×84mm样品腔，1.7K~350K全温区精准控温，双锥型劈裂磁体，同时满足超大磁场均匀区、大数值孔径的要求，超低震动：< 10nm水平峰-峰值，< 4nm竖直峰-峰值

控制软件

样品荧光光谱Mapping，寻找色心点缺陷位置；单光子计数和荧光寿命采集；显微成像与寻区；激光脉冲、微波脉冲、单光子计数器等多个脉冲序列时序的综合控制，搭配出不同的量子态操控和测量实验流程。

测试数据

对客户样品的荧光寿命成像的实验结果，基于荧光单光子采集技术。

图客户样品的荧光寿命成像结果，所有图像尺寸均为边长40 μm的正方形。

软件介绍

自主研制的控制软件除了配合光学模组完成上述成像和荧光激发、单光子采集功能之外，还可配合多路的脉冲时序控制硬件，一起灵活搭配激光脉冲、微波脉冲、微波矢量调制以及单光子采集时序等等，完成色心点缺陷量子态的调控和测量功能。核心的色心量子态实验控制界面如图5所示。通过软件的主窗口依次打开单光子采集模块设定界面、射频微波控制界面和多路时序控制界面，即可搭配出不同的量子态控制实验流程并运行。其中，在多路脉冲时序控制界面中，程序内置了NV-ESR、Rabi、Spin echo、XY8-N dynamical decoupling等实验流程供用户选择，用户亦可自定义新的实验流程并保存。

控制软件界面：

如下图1是软件设定实验流程的多路时序控制示意图界面的信道说明。

图 1 主要信号通道

图2是内置的多种实验流程的原理示意图、软件界面的时序示意图以及实测脉冲时序，相关实验流程的物理含义可见参考文献
[“Quantum diamond spectrometer for nanoscale NMR and ESR spectroscopy”, Nature Protocols, 14, 2707-2745 (2019).]。

图 2 已开发的实验流程原理示意图、软件界面时序示意图和实测波形。

应用领域

量子计算
二维材料、超导材料、拓扑材料等新奇电磁现象
量子传感（磁场测量、电场测量、温度与压力测量）
量子网络

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宽场荧光显微镜

惟光开发的宽场荧光显微镜是以自动化显微镜模组为基础，针对SiC等化合物半导体样品，分析样品中的晶圆位错、层错等晶格缺陷分布。宽场荧光显微镜可以进行非接触、无损、整晶圆检测，无须化学腐蚀、解理等样品前处理工艺，自主研制的激光辅助离焦量传感器，可在紫外激发光照射样品并采集荧光信号的同时工作，实现自动聚焦和表面跟踪，加上全自动化的软件操作，用户可以轻松快捷的完成测样。