論文の概要: Detuning-insensitive wide-field imaging of vector microwave fields with diamond sensors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.05986v1
• Date: Fri, 28 Nov 2025 03:47:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-15 04:16:52.496091
• Title: Detuning-insensitive wide-field imaging of vector microwave fields with diamond sensors
• Title（参考訳）: ダイヤモンドセンサを用いたベクトルマイクロ波場のデチューニング非感光広視野イメージング
• Authors: Xiu-Qi Chen, Rui-Zhi Zhang, Gang-Qin Liu, Huijie Zheng,
• Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心はマイクロ波検出において大きな進歩をもたらした。 マイクロ波の大きさと方向を決定するための新しい手法を提案し,実証する。 マイクロスケールの$rm$パターンアンテナで生成した近接場マイクロ波の広視野撮像を800,nmの解像度で達成した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.399772243186755
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Nitrogen vacancy (NV) centers in diamond have precipitated profound advances in microwave detection, manifesting themselves both in spatial resolution and sensitivity. However, typical methods based on Rabi oscillations are subject to detunings due to thermal and magnetic fluctuations and/or gradients, which introduce systematic errors and render the measurements susceptible to environmental perturbations. Here, we propose and demonstrate a novel approach for determining both the magnitude and direction of microwaves, by exploiting the spectral line broadening effect in the optically detected magnetic resonance of NV centers. This method eliminates the requirement of aligning the MW frequency to the spin transitions and is therefore immune to variations and inhomogeneities of the magnetic field and temperature, providing an optimal tool for fast imaging applications. With this method, we achieved wide-field imaging of near field microwaves generated with a microscale $\rmΩ$-pattern antenna with a resolution of 800\,nm. Combining with the vector detection using multi-axis NVs, a full reconstruction of the vector microwave fields is obtained. Besides, our scheme also exhibits excellent linearity over a broad range of MW amplitudes, and the scale is theoretically calculated to be more than four orders. Our results augment the applicability of diamond-based microwave devices in applications under complex scenarios, especially where large dynamic range, fast test speed, and high spatial resolution are demanded.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔 (NV) 中心はマイクロ波の検出において大きな進歩をもたらし、空間分解能と感度の両方で現れる。 しかしながら、Rabiの振動に基づく典型的な手法は、熱的・磁気的ゆらぎと/または勾配による変形を伴い、体系的なエラーを発生させ、環境の摂動に影響を受けやすい測定を行う。 そこで我々は,NV中心の光検出磁気共鳴におけるスペクトル線拡大効果を利用して,マイクロ波の大きさと方向を決定する新しい手法を提案し,実証する。 この方法は、MW周波数をスピン遷移に合わせる必要をなくし、そのため磁場と温度の変動や不均一性に免疫し、高速撮像のための最適なツールを提供する。 マイクロスケールの$\rmΩ$パターンアンテナを800,nmの解像度で生成した近接場マイクロ波の広視野撮像を実現した。 多軸NVを用いたベクトル検出と組み合わせ、ベクトルマイクロ波場の完全な再構成を得る。 さらに, 提案手法は, 広い範囲のMW振幅に対して優れた線形性を示し, 理論上は4次以上と計算される。 以上の結果から,複雑なシナリオ,特に高ダイナミックレンジ,高速試験速度,高空間分解能が要求される場合に,ダイヤモンド系マイクロ波デバイスの適用性を高めることができた。

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