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 , 使原子能級產(chǎn)生分裂 , 這種分裂稱為塞曼 ( Zeeman) 分裂 . 在塞曼磁能級之間產(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間小于介質(zhì)的馳豫時間，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發(fā)生的雙共振現(xiàn)象，用 ODMR 記錄的是磁共振態(tài)時對光響應(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)納米級的高空間分辨以及單電子自旋甚至是單個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的熒光信號強(qiáng)度被用來推斷自旋能級的布居。從而 NV色心基態(tài)的自旋能級結(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 NV 色心，或是多個色心的系綜發(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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