研究目的
研究金刚石中带负电与中性氮空位（NV）中心在绿光和红外（IR）激发下的电离与复合动力学，以建立定量模型解释实验数据并提高浅层NV中心初始化为负电态的保真度。
研究成果
该研究为绿色和红外激发下的NV色心光动力学建立了全面的定量模型，调和了先前实验中的差异。研究发现体相NV色心与浅层NV色心存在关键差异——浅层NV色心因表面电荷陷阱效应表现出更强的电离速率。研究开发出优化的双色初始化方案，使浅层NV色心中的NV?态占比提升高达25%，为量子传感与信息处理应用提供了改进方案。未来工作可进一步探究尚未完全解析的基础内部动力学过程及速率参数。
研究不足
该模型无法完全解释高度非线性状态。由于不同金刚石氮空位色心之间的差异以及模型假设（如钻石界面无损耗和衍射极限光束聚焦），所提取的速率存在不确定性。该研究仅限于特定激光波长（532纳米和1064纳米），可能不适用于其他条件。
1：实验设计与方法选择：
采用自制共聚焦显微镜，在连续波绿色（532 nm）和红外（1064 nm）激光激发下研究NV色心。通过稳态和时间分辨荧光测量分析电荷态动力学，并建立速率方程模型描述光动力学过程。
2：样本选择与数据来源：
测量高纯度化学气相沉积（CVD）金刚石样品（Element Six电子级，植入N15并退火）中的单浅层NV色心，以及高压高温（HPHT）样品（Element Six）中的体NV色心。数据采集使用经NV?和NV?态滤光的荧光信号。
3：实验设备与材料清单：
激光器：CNI MGL-III-532 100 mW（532 nm）、II-VI SUWTECH DPIR 2200（1064 nm）。调制器：Gooch and Housego AOMO 3080-125。物镜：Nikon Plan Apochromat 100X油镜Lambda NA 1.45 WD 0.13 mm。探测器：Excelitas SPCM-700-13-FC单光子计数器。滤光片：Semrock NF01-532U-25、Semrock FF01-736/128-25、Semrock FF01-600/52-25。样品：Element Six CVD与HPHT金刚石。
4：45 WD 13 mm。探测器：
4. 实验流程与操作步骤：通过油浸物镜将光束聚焦至衍射极限光斑。收集荧光并导入单光子计数器。脉冲序列采用红外激光开关而绿色激光持续照射，测量随时间变化的荧光动力学。数据分析提取电离与复合速率。
5：Semrock FF01-736/128-Semrock FF01-600/52-25。样品：
5. 数据分析方法：基于八能级能级图，使用MATLAB的ODE45数值求解速率方程。通过准稳态种群推导公式拟合实验数据提取截面参数。
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Laser
MGL-III-532
CNI
Provides green (532 nm) continuous wave excitation for NV centers.
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Acousto-Optic Modulator
AOMO 3080-125
Gooch and Housego
Modulates the laser beams for pulsed excitation sequences.
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Single-Photon Counter
SPCM-700-13-FC
Excelitas
Detects and counts fluorescence photons from NV centers.
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Filter
NF01-532U-25
Semrock
Filters out green laser reflection.
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Filter
FF01-736/128-25
Semrock
Selects fluorescence for specific charge states (e.g., NV- or NV0).
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Filter
FF01-600/52-25
Semrock
Selects fluorescence for specific charge states (e.g., NV- or NV0).
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Laser
DPIR 2200
II-VI SUWTECH
Provides infrared (1064 nm) continuous wave excitation for NV centers.
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Objective
Plan Apochromat 100X Oil Lambda
Nikon
Focuses the laser beams into a diffraction-limited spot and collects fluorescence.
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Diamond Sample
Electronic Grade
Element Six
Substrate containing nitrogen vacancy centers for experimentation.
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