Fraunhofer IAF的研究項目首次實現了磁場相關受激發射的測量。
據麥姆斯咨詢報道，弗勞恩霍夫應用固體物理研究所（Fraunhofer IAF）在激光閾值磁強計（LTM）方向的開發中取得了里程碑式的成果，首次測量了磁場相關受激發射。該研究成果已發表于近期的Science Advances期刊，研究表明LTM背后的原理有望用于醫療健康和疾病檢測領域的高靈敏磁場傳感器。
Fraunhofer IAF項目經理Jan Jeske表示：“我們的目標是開發一種極其靈敏的磁場傳感器，并能夠在室溫以及存在背景場的情況下工作，因此對臨床應用非常有實際意義。”
這項突破源自2018年成立的DiLaMag項目，該項目旨在研究對生物醫學和臨床任務足夠靈敏且更經濟、更易于部署的磁傳感器，因為現有平臺通常需要對傳感器本身進行極端冷卻。
DiLaMag研究項目的目標是使用含有高度氮空位（NV）中心的金剛石作為激光介質。已知NV中心吸收綠光，然后以較低能量發射紅光，其亮度受外部磁場強度的影響。由于NV中心非常小，理論上這種效應能夠以高空間分辨率和靈敏度檢測磁場。
當Jeske和Fraunhofer IAF啟動該項目時，他們預測LTM或能實現靈敏度相比現有NV研究高出兩到三個數量級的磁強計，并可與最先進的SQUID（超導量子干涉裝置）磁強計相媲美。據Fraunhofer IAF稱，新的研究結果首次證明了磁場相關的受激發射。
大幅提高靈敏度
該項目使用NV金剛石作為激光介質，通過受激發射實現了64%的信號放大。據稱，與磁場相關的發射展示了33%的對比度和mW范圍的最大輸出功率，這是“NV系統磁強計的對比度新記錄”。
該項目還記錄了在NV金剛石中觀察到的非常相關且過去未知的物理過程，即綠色激光照射引起的紅光吸收。
Jeske說：“受激發射是造成這種情況的原因，我們能夠證明自發發射無法實現這一紀錄。因此，我們首次通過實驗證明了激光閾值磁強計的理論原理。”
制造具有適當高密度NV中心和所需光學特性的金剛石本身就是一個挑戰。DiLaMag項目研究了通過化學氣相沉積和后處理（電子輻照以及溫度處理）生產金剛石，以提高NV密度。
該項目利用吸收光譜監測金剛石生產過程中NV中心的形成，建立NV密度、取代氮轉化（利用高通量輻照）和電荷穩定性之間的相關性。
Fraunhofer IAF的研究結果證實，可以利用這種高密度NV中心和高質量CVD金剛石生產技術，這是開發測量極小磁場的金剛石激光閾值磁強計的先決條件。
該項目在論文中評論道：“NV中心的相干讀出為量子缺陷和金剛石NV磁場傳感器的新型腔和激光應用鋪平了道路，大大提高了醫療、科研和采礦領域應用的靈敏度。”
延伸閱讀：
《傳感器技術和市場趨勢-2020版》
