基于非线性响应的金刚石磁力计极低频信噪比增强技术研究

【编辑推荐】针对极低频(<10 Hz)电流磁场检测在高压直流系统、锂离子电池诊断等领域的应用瓶颈，研究人员创新性地利用氮空位(NV)系综磁力计的非线性响应特性，通过磁通集中器增强磁场敏感度的同时，借助ODMR(光探测磁共振)差分谱非线性区产生的信号混频和1/f噪声抑制效应，实现了0.5 Hz信号信噪比(SNR)2.6倍的突破性提升，为极低频磁场检测提供了新范式。

　　

在高压直流输电系统、锂离子电池健康监测等尖端应用场景中，极低频(<10 Hz)电流磁场的精准检测始终面临重大挑战。传统氮空位(NV)系综磁力计虽采用磁通集中器提升灵敏度，却难以避免铁磁材料热磁噪声导致的低频性能劣化。

研究团队独辟蹊径，通过将线圈电流经磁通集中器放大后的磁场驱动至NV系综光探测磁共振(ODMR)差分谱非线性响应区，巧妙利用非线性效应产生信号混频。这种创新方法在目标信号预调制后，通过频率混频实现信号解调的同时，有效压制了困扰低频检测的1/f噪声。实验数据表明，该技术使0.5 Hz极低频信号的检测信噪比(SNR)获得2.6倍的显著提升，成功突破现有技术瓶颈。

这项研究不仅为金刚石NV色心磁力计在工业无损检测、生物磁成像等领域的应用开辟新途径，更开创了通过非线性物理效应协同提升检测带宽与灵敏度的技术路线，对发展下一代量子精密测量仪器具有重要启示意义。