微波近場輻射的研究.pdf

1、識別和控制復(fù)雜環(huán)境中的固態(tài)量子比特成為自旋電子學(xué)和量子信息實驗方面關(guān)鍵性的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。由于金剛石中的一種雜質(zhì)：氮-空位中心所表現(xiàn)的獨特性質(zhì)，金剛石成為最有希望實現(xiàn)固態(tài)量子計算的自旋載體材料之一。 本文首先介紹了金剛石中的氮-空位中心，對它的特殊的性質(zhì)作了介紹說明，從氮-空位中心獨特的能級結(jié)構(gòu)看到，要實現(xiàn)金剛石量子體系的自旋控制，需要提供一個微波波段的能量，頻率為2．87GHz，而天線正是用于實現(xiàn)導(dǎo)行波和自由空間電磁波能量轉(zhuǎn)換的裝

2、置。為此，本文主要針對于實驗中的具體情況，對天線的輻射做了研究。 由于實驗中金剛石樣品的尺寸非常小，僅為毫米量級，并且電磁波在空間中會迅速衰減，需要一種可以無限靠近樣品的天線。在比較了八木天線、鞭狀天線和單根導(dǎo)線的反射系數(shù)以及近場的磁場強(qiáng)度之后，選擇了直徑為20微米的單根銅線作為發(fā)射天線，因為它可以在不影響光學(xué)系統(tǒng)的情況下無限靠近樣品，并且在同樣的發(fā)射功率下，它具有更高的電流密度，從而具有更強(qiáng)的近場輻射強(qiáng)度。 為了提高銅

3、線的輻射強(qiáng)度，用Ansoft公司的模擬軟件HFSS模擬了單根銅線在不同長度時的輻射情況，并且用高頻近場磁場探頭測量了單根導(dǎo)線在不同長度時的磁場強(qiáng)度，模擬結(jié)果和測試結(jié)果表明，單根導(dǎo)線的長度與導(dǎo)線的諧振頻率有關(guān)，導(dǎo)線長度近似為上述頻率對應(yīng)的波長的四倍；不同的天線長度在近場時所產(chǎn)生的沿軸向的磁場強(qiáng)度分布是不同的，但是磁場強(qiáng)度的最大值相差并不明顯；測試發(fā)現(xiàn)，磁場強(qiáng)度沿徑向的分布是和場點離天線的距離r成反比的，故測試點離天線的距離對磁場強(qiáng)度的影響

4、比較大；另外，分析了實驗中樣品架的材料對微波信號的影響，用HFSS軟件建立了兩個模型對單根導(dǎo)線進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果表明：金屬的引入會使諧振頻率產(chǎn)生移動；對有鋁樣品架和沒有鋁樣品架的近場磁場強(qiáng)度進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)在鋁樣品架附近，該處的磁場強(qiáng)度比沒有鋁樣品架時的磁場強(qiáng)度弱，把樣品架的材料換為有機(jī)玻璃時，發(fā)現(xiàn)對近場的磁場強(qiáng)度幾乎沒有影響。 依據(jù)上面的分析和測試，從以下幾個方面對單根導(dǎo)線在近場的輻射做了優(yōu)化：（1）選擇合適的天線長度55mm