CN115774224A - 一种金刚石nv色心磁场传感器、探测模组及探测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种金刚石NV色心磁场传感器、探测模组及探测系统，将激光器芯片模块和NV色心集成光芯片固定在微波片上集成电路上，通过混合封装形成芯片级磁场传感器，实现微波产生、自旋驱动和探测功能的同时极大地减小了磁场测量设备的体积并降低了磁场探测的成本。此外，本申请中的磁场探测模块可以为阵列模式，提高了磁场探测的效率以及磁场探测的空间和位置精度，同时阵列模式下可以形成磁场探测图像。
Description
技术领域
本申请涉及磁场测量技术领域，具体而言，涉及一种金刚石NV色心磁场传感器、探测模组及探测系统。
背景技术
随着社会的发展和科技的进步，磁场测量技术的进展和应用越来越受到人们的关注。磁场测量在国民生产各个领域如汽车电子、电力系统、医疗影像装备和地质勘探等方面都有广泛的应用。当前，磁场测量主要基于霍尔效应、磁阻效应、超导量子干涉、金刚石氮空位(Nitrogen-Vacancy，NV)色心等机制。其中，NV色心是金刚石中的一种发光点缺陷结构，有着卓越的光学特性和自旋极化特性，并且由于其独特的载体稳定性和室温大气环境兼容性，可用作生物细胞的温度传感器，也可用于微波磁场的精密测量，相比传统方法其灵敏度可达皮特斯拉量级，同时实现室温下的磁场测量，具有独特的技术优势，大大拓展了应用场景。
目前，NV色心传感技术已经逐步应用于包括电网工业测量，医疗脑磁测量等领域，然而这些技术大部分都是独立光学元器件加上NV色心晶体以及外部分析仪器设备制作，系统结构复杂、体积庞大，成本高昂，导致应用场景具有局限性，很难推广。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供一种金刚石NV色心磁场传感器、探测模组及探测系统。其具体方案如下：
第一方面，本申请公开了一种金刚石NV色心磁场传感器，包括激光器芯片模块、NV色心集成光芯片、微波片上集成电路，所述微波片上集成电路采用单片集成工艺在衬底上一体化制作而成，所述激光器芯片模块和所述NV色心集成光芯片固定在所述微波片上集成电路上；
其中，所述激光器芯片模块，用于产生激发光束；
所述NV色心集成光芯片包括：
波导分束模块，用于将所述激发光束分束入射至第一光电探测器模块和第一耦合模块；
第一光电探测器模块，用于探测入射到磁场探测模块的激发光信号并反馈给所述微波片上集成电路；
至少一个第一耦合模块，用于将激发光束耦合至NV色心晶体；
至少一个磁场探测模块，所述磁场探测模块包括NV色心晶体、第二耦合模块、滤波器模块和第二光电探测器模块；所述NV色心晶体用于在激发光束、微波磁场和待测磁场的作用下产生包含待测磁场信息的荧光信号，所述第二耦合模块用于将NV色心晶体发射的荧光信号耦合至滤波器模块，所述滤波器模块用于从NV色心晶体发射的荧光信号中滤除激发光信号，所述第二光电探测器模块用于收集荧光信号并将荧光信号转换为电信号；
所述微波片上集成电路包括：
微波产生模块，用于产生微波信号并驱动微波发射结构模块；
微波发射结构模块，用于辐射所述微波信号并将所述微波信号作用于所述NV色心晶体上；
激光器芯片驱动模块，用于接收所述第一光电探测器模块反馈的激发光信号并根据激发光信号控制和驱动所述激光器芯片模块；
锁相放大器模块，用于接收所述微波产生模块产生的微波信号和所述第二光电探测器模块输出的电信号并对信号锁相放大，同时控制所述微波产生模块产生的微波频率；
信号输出模块，用于输出经过所述锁相放大器模块放大后的探测信号。
优选的，所述磁场探测模块至少为2个，规律排布形成磁场探测矩形阵列或圆周阵列。
所述磁场探测模块至少为2个，规律排布形成磁场探测矩形阵列或圆周阵列。
优选的，所述微波发射结构模块为环形微波发射结构，以环状形态围绕着所述NV色心晶体。
优选的，所述信号输出模块包括模数转换模块，用于将锁相放大器模块输出的探测电信号转换为探测数字信号。
优选的，所述第一耦合模块为第一边缘耦合模块，第二耦合模块为第二边缘耦合模块，每个所述NV色心晶体分别对应一个所述第一边缘耦合模块，所述第一边缘耦合模块的数量与所述NV色心晶体的数量保持一致，每个所述第一边缘耦合模块用于将分束后的激发光束耦合至对应的所述NV色心晶体，所述第一边缘耦合模块与所述第二边缘耦合模块分别与所述NV色心晶体通过键合方式固定连接。
优选的，所述第一耦合模块为第一光栅耦合模块，第二耦合模块为第二光栅耦合模块，所述第一光栅耦合模块与所述第二光栅耦合模块分别与所述NV色心晶体通过光学胶固定连接。
优选的，每个所述NV色心晶体分别对应一个所述第一光栅耦合模块，所述第一光栅耦合模块的数量与所述NV色心晶体的数量保持一致，每个所述第一光栅耦合模块用于将分束后的激发光束耦合至对应的所述NV色心晶体。
优选的，所述磁场探测模块形成的矩形阵列或圆周阵列共用一个所述第一光栅耦合模块。
第二方面，本申请公开一种金刚石NV色心磁场探测模组，包括供电模块、无线通信模块和上述的金刚石NV色心磁场传感器，所述供电模块用于对所述金刚石NV色心磁场传感器供电，所述无线通信模块用于传输所述金刚石NV色心磁场传感器输出的探测信号。
第三方面，本申请公开一种金刚石NV色心磁场探测系统，包括总控平台和上述的多个探测模组，所述总控平台用于接收探测信号并进行分析处理输出磁场探测结果。
总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
相比于传统的依赖于昂贵且笨重的微波和光学仪器的磁测量装置，本申请将激光器芯片模块和NV色心集成光芯片固定在微波片上集成电路上，通过混合封装形成芯片级磁场传感器，实现微波产生、自旋驱动和探测功能的同时极大地减小了磁场测量设备的体积并降低了磁场探测的成本。本申请中的磁场探测模块可以为阵列模式，提高了磁场探测的效率以及磁场探测的空间和位置精度，同时阵列模式下可以形成磁场探测图像。基于上述特点，本申请的磁场传感器具有高荧光收集效率、高稳定性和高灵敏度，可以适用于大部分需要测量微弱磁场的场合，提高了金刚石NV色心磁场探测的应用范围。
附图说明
为更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种金刚石NV色心磁场传感器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的NV色心集成光芯片原理示意图；
图3为本申请另一实施例提供的NV色心集成光芯片原理示意图；
图4a为本申请另一实施例提供的NV色心集成光芯片结构示意图；
图4b为本申请另一实施例提供的NV色心集成光芯片结构示意图；
图5为本申请另一实施例提供的NV色心集成光芯片结构示意图；
图6为本申请另一实施例提供的NV色心集成光芯片结构示意图；
图7为本申请另一实施例提供的NV色心集成光芯片的部分结构示意图；
图8为本申请实施例提供的微波片上集成电路结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种金刚石NV色心磁场探测模组结构示意图；
图10为本申请实施例提供的一种金刚石NV色心磁场探测系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
为了便于理解和解释本申请实施例提供的技术方案，下面将先对本申请的背景技术进行说明。
当前，磁场测量主要基于霍尔效应、磁阻效应、超导量子干涉、金刚石NV色心等机制。其中，NV色心是金刚石中的一种发光点缺陷结构，有着卓越的光学特性和自旋极化特性，并且由于其独特的载体稳定性和室温大气环境兼容性，可用作生物细胞的温度传感器，也可用于微波磁场的精密测量，相比传统方法其灵敏度可达皮特斯拉量级，同时实现室温下的磁场测量，具有独特的技术优势，大大拓展了应用场景。
目前，NV色心传感技术已经逐步应用于包括电网工业测量，医疗脑磁测量等领域，然而这些技术大部分都是独立光学元器件加上NV色心晶体以及外部分析仪器设备制作，系统结构复杂、体积庞大，成本高昂，导致应用场景具有局限性，很难推广。
基于此，本申请提供一种金刚石NV色心磁场传感器，具体地，参考图1，图1为本申请实施例提供的一种金刚石NV色心磁场传感器的结构示意图，磁场传感器包括激光器芯片模块、NV色心集成光芯片、微波片上集成电路，微波片上集成电路采用单片集成工艺在衬底上一体化制作而成，激光器芯片模块和NV色心集成光芯片固定在微波片上集成电路上。
在本实施例中，微波片上集成电路可以采用互补式金属氧化物半导体工艺制备，激光器芯片模块以及NV色心集成光芯片可以通过焊接、胶粘连、混合封装等方式固定连接在微波片上集成电路上。这里需要注意的是，当NV色心集成光芯片的材料为三五族材料如InP、GaAs时，激光器芯片模块可以直接集成在NV色心集成光芯片上。
具体地，激光器芯片模块用于产生激发光束极化NV色心晶体，产生的激发光束的波长为532nm，该激发光束可极化金刚石NV色心晶体的电子状态的弱光，在磁场的作用下使处于不同基态的NV色心晶体能够发出不同强度的荧光。为了进一步减小传感器的尺寸和便于集成，激光器芯片模块可以为芯片级激光二极管或绿光垂直腔面发射激光器。
参考图2，图2为本申请实施例提供的NV色心集成光芯片原理示意图，NV色心集成光芯片包括波导分束模块、第一光电探测器模块、第一耦合模块和磁场探测模块。第一耦合模块为一个或多个，根据第一耦合模块的类型以及工艺实施的难度进行确定。磁场探测模块可以为一个或多个，当磁场探测模块为多个时，规律排布形成磁场探测阵列，获取磁场强度的平面分布或空间分布，提高磁场探测的空间或位置精度，同时阵列模式下可以形成磁场探测图像。阵列的方式可以为矩形阵列或圆周阵列，根据探测的要求进行设计，图3为磁场探测模块为3个的NV色心集成光芯片的原理示意图，阵列方式为3X1的矩形阵列模式，当然也可以根据探测需求设计为2X2，3X3等矩形阵列方式或圆周阵列模式。需要说明的是，磁场探测模块的数量可以基于实际需要进行设计，不限于本申请所举例以及所示的方式。
具体地，波导分束模块用于将激发器芯片产生的激发光束分束入射至第一光电探测器模块和第一耦合模块。第一光电探测器模块，用于探测入射到磁场探测模块的激发光信号并反馈给微波片上集成电路上的激光器芯片驱动模块。第一耦合模块，用于将激发光束耦合至NV色心晶体。磁场探测模块包括NV色心晶体、第二耦合模块、滤波器模块和第二光电探测器模块。NV色心晶体在激发光束、微波磁场和待测磁场的作用下产生包含待测磁场信息的荧光信号，第二耦合模块用于将NV色心晶体发射的荧光信号耦合至滤波器模块，滤波器模块用于从NV色心晶体发射的荧光信号中滤除激发光信号，第二光电探测器模块用于收集荧光信号并将荧光信号转换为电信号。
在本实施例中，波导分束模块可以实现不同的分光比，分束后的一部分激发光束入射至第一光电探测器模块，一部分激发光束通过第一耦合模块耦合至磁场探测模块，第一光电探测器模块根据入射到其上的光强以及预设的分光比探测入射到磁场探测模块上的激发光信号，并将此信号反馈给微波片上集成电路上的激光器芯片驱动模块，激光器芯片驱动模块据此控制激光器芯片模块的驱动电流。当磁场探测模块为一个时，波导分束模块按照预设的分光比，如预设为50:50分光比时，激光器芯片产生的激发光束能量按照50:50的比例分别入射至第一光电探测器模块和磁场探测模块。当磁场探测模块至少为2个，形成磁场探测阵列时，如磁场探测模块为3个时，波导分束模块按照预设的分光比如1：4分光比，激光器芯片产生的激发光束能量按照此比例分别入射至第一光电探测器模块和3个磁场探测模块。
NV色心晶体采用微纳加工工艺对金刚石进行加工而成，该工艺能够增加金刚石中NV色心的浓度。第一耦合模块将激发光束耦合至NV色心晶体，NV色心晶体在激发光束、微波磁场和待测磁场的作用下产生包含待测磁场信息的荧光信号，荧光信号的波长范围为600nm～800nm， NV色心晶体产生的荧光信号经过第二耦合模块进入到滤波器模块过滤，滤光器模块可以过滤532nm的激光光束，透射600nm～800nm的荧光，保证第二光电传感器探测不受532nm激发光束的影响。
在本实施例中，为了进一步减小传感器的尺寸和高度集成化，滤波器模块可以为布拉格光栅滤波器，第一光电探测器模块和第二光电探测器模块为PN结式硅光电二极管。
作为本申请一个优选的实施例，第一耦合模块为第一边缘耦合模块，第二耦合模块为第二边缘耦合模块，每个NV色心晶体分别对应一个第一边缘耦合模块，第一边缘耦合模块的数量与NV色心晶体的数量保持一致，每个第一边缘耦合模块用于将分束后的激发光束耦合至对应的NV色心晶体，第一边缘耦合模块与第二边缘耦合模块分别与NV色心晶体通过键合方式固定连接。当磁场探测模块为一个时，第一边缘耦合模块的数量也即为一个，此实施例下的NV色心集成光芯片结构示意图如图4a所示。磁场探测模块设计为多个形成矩形或圆周阵列时，第一边缘耦合模块与磁场探测模块的数量一致，如当磁场探测模块为3X1的矩形阵列模式时，此实施例下NV色心集成光芯片结构示意图如图4b所示。分束后的激发光束通过第一边缘耦合模块耦合至NV色心晶体，以极化NV色心晶体，NV色心晶体在激发光束、微波发射结构模块辐射的微波磁场以及待测磁场的作用下产生包含待测磁场信息的荧光信号，NV色心晶体发射的荧光信号通过第二边缘耦合模块耦合至滤波器模块，滤波器模块过滤掉532nm的激光光束，保证第二光电传感器探测不受532nm激光的影响，第二光电探测器模块收集滤波后的荧光信号并将荧光信号转换为电信号，同时把此电信号反馈给微波片上集成电路中的锁相放大器模块。
这里需要注意的是，采用边缘耦合方式时，在制备磁场传感器的过程对耦合接口制作等工序的细节和精度要求较高，容易产生制作公差导致的加工问题。为了避免此问题以及提高传感器的良率，本申请提供另一种优选的实施例，如图5所示，第一耦合模块为第一光栅耦合模块，第二耦合模块为第二光栅耦合模块，第一光栅耦合模块与第二光栅耦合模块分别与NV色心晶体通过光学胶固定连接。光学胶具有透光性强、 强度高等优点，是光模块制作过程中常用的胶体材料。光栅耦合相对于边缘耦合具有更大的灵活性，其耦合的对准容差较大，对工艺的精度要求更低，便于封装。
磁场探测模块设计为多个形成矩形或圆周阵列时，作为本申请的一个优选的实施例，每个磁场探测模块对应一个第一光栅耦合模块，也即是每个NV色心晶体分别对应一个第一光栅耦合模块，第一光栅耦合模块的数量与NV色心晶体的数量保持一致，每个第一光栅耦合模块用于将分束后的激发光束耦合至对应的NV色心晶体，如当磁场探测模块为3X1的矩形阵列模式时，此实施例下NV色心集成光芯片结构示意图如图6所示。分束后的激发光束通过第一光栅耦合模块耦合至NV色心晶体，以极化NV色心晶体，NV色心晶体在激发光束、微波发射结构模块辐射的微波磁场以及待测磁场的作用下产生包含待测磁场信息的荧光信号，NV色心晶体发射的荧光信号通过第二光栅耦合模块耦合至滤波器模块。
在另一个实施例中，磁场探测模块设计为多个形成矩形或圆周阵列时，磁场探测模块可以共用一个第一光栅耦合模块，如图7所示。第一光栅耦合模块上设置第一入口透光介质层和第二入口透光介质层，分束后的的激发光束依次通过第一光栅耦合模块、第一入口透光介质层和第二入口透光介质层耦合至NV色心晶体，以极化NV色心晶体。NV色心晶体在激发光束、微波发射结构模块辐射的微波磁场以及待测磁场的作用下产生包含待测磁场信息的荧光信号，NV色心晶体发射的荧光信号通过第二光栅耦合模块耦合至滤波器模块（图7中未示出）。这里需要特别提醒的是，由于磁场探测模块共用一个第一光栅耦合模块，导致激发光束到每个NV色心晶体的强度不一致，产生测量误差，因此需要在后续的数据处理上进行误差补偿，以提高探测精度。
参见图8，图8为本申请实施例中微波片上集成电路结构示意图。微波片上集成电路采用单片集成工艺在衬底上一体化制作而成，具体包括微波产生模块、微波发射结构模块、激光器芯片驱动模块、锁相放大器模块和信号输出模块。
微波产生模块用于产生微波信号并驱动微波发射结构模块，调制金刚石NV色心晶体的电子自旋状态。微波发射结构模块用于辐射微波信号并将微波信号作用于NV色心晶体上，实现对NV色心晶体的操控。优选的，微波发射结构模块为环形微波发射结构，以环状形态围绕着NV色心晶体。
激光器芯片驱动模块用于接收第一光电探测器模块反馈的激发光信号并根据激发光信号控制和驱动激光器芯片模块。锁相放大器模块，用于接收微波产生模块产生的微波信号和第二光电探测器模块输出的电信号并对信号锁相放大，同时控制微波产生模块产生的微波频率。微波产生模块和第二光电探测器模块的输出端分别与锁相放大器的输入端连接，锁相放大器用来提高信噪比，确保测出需要的信号的相位和幅值。信号输出模块，用于输出经过锁相放大器模块放大后的探测信号。当磁场探测模块为矩形或圆周阵列时，锁相放大器模块为多通道锁相放大器，分时或同步获取第二光电探测器模块输出的电信号。
进一步地，信号输出模块包括模数转换模块，用于将锁相放大器模块输出的探测电信号转换为探测数字信号，探测数字信号传输给外部平台进行分析处理获取探测结果。
具体的工作过程：激光器芯片模块发射532nm的激发光束入射至波导分束模块，按照预设的分光比，经过分束的激发光束一部分入射至第一光电探测器模块，另一部分激发光束经过第一耦合模块作用于NV色心晶体，第一光电探测器模块测量入射到磁场探测模块中的激光光束能量并反馈给微波片上集成电路中的激光器芯片驱动模块，激光器芯片驱动模块以此信号控制和调整激光器芯片模块的驱动电流。在锁相放大器模块的控制下微波产生模块发射微波信号，同时驱动微波发射结构模块辐射微波信号作用于NV色心晶体，实现对NV色心晶体的操控。NV色心晶体在激发光束、微波磁场和待测磁场的作用下产生包含待测磁场信息的荧光信号，此荧光信号经过耦合模块输入至滤波器模块，滤波器模块过滤掉532nm的激光光束，保证第二光电传感器探测不受532nm激光的影响，第二光电探测器模块收集滤波后的荧光信号并将荧光信号转换为电信号，同时把此电信号反馈给锁相放大器模块。锁相放大器模块将此电信号放大处理后通过信号输出模块进行信号输出。
基于上述内容可知，相比于传统的依赖于昂贵且笨重的微波和光学仪器的磁测量装置，本申请将激光器芯片模块和NV色心集成光芯片固定在微波片上集成电路上，通过混合封装形成芯片级磁场传感器，实现微波产生、自旋驱动和探测功能的同时极大地减小了磁场测量设备的体积并降低了磁场探测的成本。本申请中的磁场探测模块可以为阵列模式，提高了磁场探测的效率以及磁场探测的空间和位置精度，同时阵列模式下可以形成磁场探测图像。基于上述特点，本申请的磁场传感器具有高荧光收集效率、高稳定性和高灵敏度，可以适用于大部分需要测量微弱磁场的场合，提高了金刚石NV色心磁场探测的应用范围。
基于上述实施例，本申请另一实施例还提供一种金刚石NV色心磁场探测模组，参见图9，图9为本申请实施例提供的一种金刚石NV色心磁场探测模组结构示意图，包括供电模块、无线通信模块和上述的金刚石NV色心磁场传感器，供电模块用于对所述金刚石NV色心磁场传感器供电，无线通信模块用于传输金刚石NV色心磁场传感器输出的探测信号。供电模块、无线通信模块和金刚石NV色心磁场传感器封装成为一个模组，通过将该模组部署在待测环境中，实现对待测环境磁场的测量。
基于上述实施例，本申请另一实施例还提供一种金刚石NV色心磁场探测系统，参见图10，图10为本申请实施例提供的一种金刚石NV色心磁场探测系统结构示意图，包括总控平台和上述的多个探测模组，总控平台用于接收探测信号并进行分析处理输出磁场探测结果。探测模组分别部署在不同的待测环境中，探测模组输出的探测信号通过无线通讯模块传输给总控平台，完成对多节点磁场信号的探测。在本探测系统中，总控平台与探测模组之间不需要连接光纤和电缆，因此探测模组的部署没有距离限制，此特点也将会极大地推动金刚石NV色心磁场传感器在未来的市场化应用。
本说明书中各个实施例采用递进、或并列、或递进和并列结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种金刚石NV色心磁场传感器，其特征在于，所述传感器包括激光器芯片模块、NV色心集成光芯片、微波片上集成电路，所述微波片上集成电路采用单片集成工艺在衬底上一体化制作而成，所述激光器芯片模块和所述NV色心集成光芯片固定在所述微波片上集成电路上；
其中，所述激光器芯片模块，用于产生激发光束；
所述NV色心集成光芯片包括：
波导分束模块，用于将所述激发光束分束入射至第一光电探测器模块和第一耦合模块；
第一光电探测器模块，用于探测入射到磁场探测模块的激发光信号并反馈给所述微波片上集成电路；
至少一个第一耦合模块，用于将激发光束耦合至NV色心晶体；
至少一个磁场探测模块，所述磁场探测模块包括NV色心晶体、第二耦合模块、滤波器模块和第二光电探测器模块；所述NV色心晶体用于在激发光束、微波磁场和待测磁场的作用下产生包含待测磁场信息的荧光信号，所述第二耦合模块用于将NV色心晶体发射的荧光信号耦合至滤波器模块，所述滤波器模块用于从NV色心晶体发射的荧光信号中滤除激发光信号，所述第二光电探测器模块用于收集荧光信号并将荧光信号转换为电信号；
所述微波片上集成电路包括：
微波产生模块，用于产生微波信号并驱动微波发射结构模块；
微波发射结构模块，用于辐射所述微波信号并将所述微波信号作用于所述NV色心晶体上；
激光器芯片驱动模块，用于接收所述第一光电探测器模块反馈的激发光信号并根据激发光信号控制和驱动所述激光器芯片模块；
锁相放大器模块，用于接收所述微波产生模块产生的微波信号和所述第二光电探测器模块输出的电信号并对信号锁相放大，同时控制所述微波产生模块产生的微波频率；
信号输出模块，用于输出经过所述锁相放大器模块放大后的探测信号。
2.根据权利要求1所述的金刚石NV色心磁场传感器，其特征在于，所述磁场探测模块至少为2个，规律排布形成磁场探测矩形阵列或圆周阵列。
3.根据权利要求1或2所述的金刚石NV色心磁场传感器，其特征在于，所述微波发射结构模块为环形微波发射结构，以环状形态围绕着所述NV色心晶体。
4.根据权利要求1或2所述的金刚石NV色心磁场传感器，其特征在于，所述信号输出模块包括模数转换模块，用于将锁相放大器模块输出的探测电信号转换为探测数字信号。
5.根据权利要求1或2所述的金刚石NV色心磁场传感器，其特征在于，所述第一耦合模块为第一边缘耦合模块，第二耦合模块为第二边缘耦合模块，每个所述NV色心晶体分别对应一个所述第一边缘耦合模块，所述第一边缘耦合模块的数量与所述NV色心晶体的数量保持一致，每个所述第一边缘耦合模块用于将分束后的激发光束耦合至对应的所述NV色心晶体，所述第一边缘耦合模块与所述第二边缘耦合模块分别与所述NV色心晶体通过键合方式固定连接。
6.根据权利要1或2所述的金刚石NV色心磁场传感器，其特征在于，所述第一耦合模块为第一光栅耦合模块，第二耦合模块为第二光栅耦合模块，所述第一光栅耦合模块与所述第二光栅耦合模块分别与所述NV色心晶体通过光学胶固定连接。
7.根据权利要求6所述的金刚石NV色心磁场传感器，其特征在于，每个所述NV色心晶体分别对应一个所述第一光栅耦合模块，所述第一光栅耦合模块的数量与所述NV色心晶体的数量保持一致，每个所述第一光栅耦合模块用于将分束后的激发光束耦合至对应的所述NV色心晶体。
8.根据权利要求6所述的金刚石NV色心磁场传感器，其特征在于，所述磁场探测模块形成的矩形阵列或圆周阵列共用一个所述第一光栅耦合模块。
9.一种金刚石NV色心磁场探测模组，其特征在于，包括供电模块、无线通信模块和如权利要求1-8任一项所述的金刚石NV色心磁场传感器，所述供电模块用于对所述金刚石NV色心磁场传感器供电，所述无线通信模块用于传输所述金刚石NV色心磁场传感器输出的探测信号。
10.一种金刚石NV色心磁场探测系统，其特征在于，包括总控平台和如权利要求9所述的多个探测模组，所述总控平台用于接收探测信号并进行分析处理输出磁场探测结果。
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