跳动城乡网测量微小磁场(例如脑电波产生的磁场)为医学诊断和治疗带来了许多新奇的机会。FraunhoferIAF的JanJeske博士领导的研究团队正在研究一种全球创新的精确磁场测量方法：激光阈值磁力仪。
研究人员现在已将NV金刚石和激光二极管组合在谐振器中，首次成功展示了具有两种活性介质的传感器系统。论文“双介质激光系统：氮空位金刚石和半导体激光器”已发表在《科学进展》上，代表了研究项目NeuroQ的重大进展。
基于金刚石中氮空位(NV)中心的量子传感器已广泛用于室温和背景磁场的精确磁场测量。激光阈值磁力仪(LTM)是一种测量飞(fT)至皮(pT)范围内极低磁场的新型研究方法。
此外，LTM允许进行高动态范围测量，而无需抑制背景场。这些特性使得激光阈值磁力仪特别适用于医疗应用，例如测量来自大脑或心脏的生物磁信号。
激光阈值磁力仪原理
LTM的科学原理在理论上已经得到广泛研究。从那时起，弗劳恩霍夫应用固体物理研究所(IAF)的研究人员一直致力于实现第一台激光阈值磁力仪。
基本概念是从NV中心开发激光器，并利用对磁场有反应的激光来获取有关磁场强度和方向的精确信息。激光阈值是激光开始或停止发光的点。
由于激光阈值附近的磁场对信号有非常强烈的影响，因此此时可以非常精确地测量它们。与荧光相比，激光信号的测量精度更高，动态范围也更广。
2022年，弗劳恩霍夫IAF的研究人员成功演示了世界上第一个依赖于磁场的NV中心光放大。但由于外部激光源，NV中心的激光阈值尚无法实现。
激光阈值的首次演示
在目前的成果中，研究人员将NV金刚石与第二种激光介质(用于额外光放大的激光二极管)结合在光学谐振器中。这使他们首次展示了激光阈值。根据NV中心的泵浦强度，激光系统可以打开或关闭。
“该成果是激光阈值磁力测量技术发展的一次突破。在此基础上，未来可以实现对比度高达100%、光信号强、可测量磁场强度范围广的传感器。”弗劳恩霍夫IAF量子传感器技术领域的研究员JanJeske博士说。
第一作者LukasLindner的成果展示了灯塔项目“用于神经元通信接口的激光阈值磁力计”(简称NeuroQ)的早期阶段。NeuroQ项目团队目前正在进一步开发创新的NV金刚石激光系统(目前正在申请专利)，并提高其灵敏度。
