論文の概要: High-Sensitivity NV Ensemble Imaging via AOD-Based Raster Scanning and Photodetection
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.01894v1
- Date: Mon, 01 Dec 2025 17:13:37 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-02 19:46:34.984941
- Title: High-Sensitivity NV Ensemble Imaging via AOD-Based Raster Scanning and Photodetection
- Title（参考訳）: AOD-based Raster Scanningと光検出による高感度NVアンサンブルイメージング
- Authors: Luca Troise, Nikolaj W. Hansen, Marvin Holten, Dhiren M. Kara, Jean-Francois Perrier, Ulrik L. Andersen, Alexander Huck,
- Abstract要約: 本研究では,高分解能で磁場を検出できるダイヤモンド中の窒素空孔中心のアンサンブルに基づく手法を提案する。
半ミリ秒以下の時間分解能を有する準秒媒体において、マイクロ電極から時間変化磁界を撮像する。
このアプローチはフレキシブルな空間サンプリングを可能にし、我々のダイヤモンド nT$cdot$Hz$-1/2$ per pixel sensitivity で達成し、生物学的およびその他の複雑系の弱い動的磁場を検出するのに適している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.72751145910978
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We present a technique based on an ensemble of nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond capable of imaging magnetic fields with high spatio-temporal resolution. A focused laser beam is raster-scanned using an acousto-optic deflector (AOD) and NV center fluorescence is read out with a single photodetector, enabling low-noise detection with high dynamic range. The method operates in a previously unexplored regime, quasi-continuous wave optically detected magnetic resonance (qCW-ODMR). In this regime, NV centers experience short optical pump pulses for spin readout and repolarization, analogous to pulsed ODMR technique, while the microwave field remains continuously on resonance with the spin transitions. We systematically characterize this regime and show that the spin response is governed by a tunable interplay between coherent evolution and relaxation, determined by the temporal spacing between pump laser pulses. Notably, the technique does not require precise microwave pulse control, thus simplifying experimental implementation. To demonstrate its capabilities, we image time-varying magnetic fields from a microelectrode in a conductive medium with sub-millisecond temporal resolution. This approach enables flexible spatial sampling and with our diamond achieves nT$\cdot$Hz$^{-1/2}$ per pixel sensitivity, making it well suited for detecting weak, dynamic magnetic fields in biological and other complex systems.
- Abstract（参考訳）: 本研究では,高時空間分解能で磁場を撮像できるダイヤモンド中の窒素空孔中心のアンサンブルに基づく手法を提案する。
アコスト光偏向器(AOD)を用いて集束レーザビームをラスタ走査し、単一の光検出器でNV中心蛍光を読み出し、高ダイナミックレンジで低ノイズ検出を可能にする。
この方法は、以前にも探索されていない準連続波で光学的に検出された磁気共鳴(qCW-ODMR)で機能する。
この状態において、NV中心はスピンの読み出しと再分極のための短い光ポンプパルスを経験し、これはパルスODMR法と類似している。
スピン応答はコヒーレントな進化と緩和の間の調整可能な相互作用によって制御され、ポンプレーザーパルス間の時間間隔によって決定されることを示す。
特に、この技術は正確なマイクロ波パルス制御を必要としないため、実験的な実装が簡単になる。
マイクロ電極からの時間変化磁界を,ミリ秒以下の時間分解能を有する導電性媒体に撮像した。
このアプローチはフレキシブルな空間サンプリングを可能にし、我々のダイヤモンドはnT$\cdot$Hz$^{-1/2}$1ピクセルの感度を実現し、生物学的およびその他の複雑系の弱い動的磁場を検出するのに適している。
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