应用

金刚石氮-空位 (NV) 色心作为当下量子精密传感、量子计算、纳米磁成像领域的核心固态量子探针，具备室温稳定工作、相干性优异、空间分辨率高、灵敏度突出等诸多优势，是量子物理、凝聚态物理、精密测量科研方向的重点研究对象。

NV色心纵向弛豫时间 (T₁) 是衡量量子自旋体系稳定性、相干性能与传感极限的核心基准参数。T₁时间的精准测试，直接决定NV色心量子态的保持能力、传感信号的信噪比与探测灵敏度，是开展量子传感器优化、自旋动力学机理研究、高精度物理量测量的前置基础。T₁测试数据的精准度、稳定性与重复性，直接关系到量子课题实验结论的可靠性，是前沿量子科研数据积累与成果落地的关键前提。

挑战

弛豫时间测试原理是采用脉冲激光初始化NV自旋至极化态，设置多组不同避光演化时长后采集荧光信号，对荧光衰减曲线指数拟合得到自旋纵向弛豫时间 T₁ 。

NV色心纵向弛豫测试对数据采集系统有着严苛要求：

• 弛豫过程瞬时性强、信号变化速率快，需要高采样速率实现全过程无失真信号捕捉；

• 被测信号多为微弱荧光电信号，伴随环境噪声，需采集设备具备高分辨率、高稳定性；

• 数据采集模块需要同步采集NV色心荧光信号、激光触发信号、时序控制信号等多维度数据，满足多变量对照实验、同步时序标定实验需求；

• 高频次大批量的实验测试场景，对设备的测试效率、数据存储与分析效率也有较高的要求。
  

解决方案

本方案基于简仪科技PXIe-2313紧凑型PXIe机箱，搭载PXIe-9815高速多通道数字化仪，并配合SignalPanel测控软件，构建了一套面向金刚石NV色心纵向弛豫时间 (T₁) 测试的高速同步采集与分析平台。

PXIe-2313机箱采用2槽紧凑设计，配备双40 Gbps雷电3接口，可直连笔记本构成轻量化采集系统，方便灵活部署于现有量子实验环境；其全混合插槽兼容多种PXIe模块，具备良好的系统扩展性。

PXIe-9815数字化仪提供80 MS/s同步采样率，单点时间分辨率达12.5 ns，能够无失真地捕获NV色心荧光脉冲的快速升降沿，有效避免低采样率所致的信号缺失与衰减曲线畸变。尤其当暗弛豫时间短至数十纳秒时，其高精度时基可精准对齐读出激光脉冲边沿，显著抑制时序抖动和窗口偏移带来的荧光幅值误差，保障T₁拟合精度。该模块内置14 bit高分辨率ADC，并支持多档可编程输入量程，可与微弱荧光转换后的电信号幅值精确匹配，实现细小信号起伏的准确分辨。

SignalPanel 测控软件作为简仪模块化硬件的配套可视化平台，无需编程即可完成波形实时显示与高速数据流盘存储。在梯度延时测量中，用户可自定义触发方式、采样长度及叠加平均次数，确保采集窗口与激光脉冲时序严格对齐；同时支持门控采集，有效剔除暗弛豫阶段的无效噪声数据，既压缩存储体量，又显著缩短后续荧光衰减曲线拟合与解析的时间。

此外，简仪提供完备的二次开发接口及工程范例，便于用户按需定制自动化采集与分析流程，进一步提升整体实验效率。

使用的简仪产品

硬件

• PXIe-2313：紧凑式2插槽全混合PXI Express雷电3远程机箱

• PXIe-9815：高精度0.3%，14位分辨率， 4通道 80 MS/s数字化仪

软件

• SeeSharpTools：锐视测控软件开发工具包

为什么选择简仪

• 锐视测控平台^®：锐视测控平台^®使用C# 语言开发，提供了一个强大且易于使用的开发环境，帮助客户快速实现项目开发。
  

• 成熟的产品：简仪产品经过长期市场验证，具有可靠的性能和稳定性。

• POC验证服务：简仪提供售前的POC(原理验证)服务，帮助客户验证产品性能和适用性。

• 高精度：简仪的产品满足了客户对测试精度和可靠性的高要求。

• 成本效益：相比国外品牌，简仪的解决方案不仅性能更优，而且在成本上具有明显优势，降低了客户的整体测试成本。

• 供货速度：简仪能够快速供货，确保项目按时进行。

• 技术支持和快速响应能力：简仪提供优质的本地化技术支持，快速响应客户需求，帮助客户解决问题，确保了测试任务的顺利进行。