1实验背景
传统点扫描式成像效率低下,而基于金刚石NV色心的宽场成像技术通过并行激发和探测,可快速获取全场磁场信息。然而,NV色心荧光信号微弱,对探测设备量子效率与读出噪声要求严苛,传统CCD相机、CMOS相机读出噪声高,满阱容量有限,易出现读出噪声主导现象,无法实现弱光信号探测。
sCMOS科学相机通过采用背照式传感器工艺结构、像素阵列与读出电路优化等技术,量子效率QE、读出噪声、动态范围较传统CCD、CMOS相机均有大幅提升。
某光学实验室研究团队,采用千眼狼sCMOS相机Gloria 4.2,集成于显微光路中(图1),实现金刚石NV色心的宽场磁场成像,成功捕捉磁场施加前后NV色心荧光灰度值变化。
2实验设备
1)金刚石NV色心样本;
2)显微光学成像系统,搭配10x,20x,40x多个倍率的放大物镜;
3)sCMOS科学相机,千眼狼Gloria 4.2,2048×2048,具有HDR模式;
4)磁场控制设备,用于产生可调节的均匀磁场。
5)高精度位移平台,实现金刚石NV色心样本三维空间内的精确移动。
3实验数据与解析
零磁场下,平均灰度值Mean 16119.716,标准差StdDev 4194.516(图2 左);施加5GS微弱磁场后,磁场导致NV色心发生塞曼跃迁,使荧光搜集效率降低,平均灰度值16079.715,标准差StdDev 4183.536,标准差变化率0.3%(图2 右)。
4实验结论
实验利用千眼狼sCMOS相机Gloria 4.2可捕获金刚石NV色心发生塞曼跃迁时的荧光信号灰度值变化,通过相机高动态模式下捕获的16 Bit图像数据,解析GS级弱磁场引起的微弱灰度波动。
应用拓展层面,基于科学相机RPC科学成像软件的实时灰度值监控功能,可进一步建立灰度-磁场响应标定曲线,实现生物磁成像如捕获神经元动作电位磁场、量子器件检测等应用。
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