OSCILLATOR-BASED SOLID-STATE SPIN SENSOR

We have developed a high-performance, low-volume, low-weight, and low-power sensor based on a self-sustaining oscillator. The techniques described here may be used for sensing various fields; we demonstrate magnetic sensing. The oscillator is based on a dielectric resonator that contains paramagnetic defects and is connected to a sustaining amplifier in a feedback loop. The resonance frequency of the dielectric resonator shifts in response to changes in the magnetic field, resulting in a shift in the frequency of the self-sustaining oscillator. The value of the magnetic field is thereby encoded in the shift or modulation output of the self-sustaining oscillator. The sensor as demonstrated uses no optics, no input microwaves, and, not including digitization electronics, consumes less than 300 mW of power and exhibits a sensitivity at or below tens of pT/√Hz. In some implementations, the sensor is less than 1 mL in volume. L'invention concerne un capteur de haute performance, de faible volume, de faible poids et de faible puissance sur la base d'un oscillateur auto-entretenu. Les techniques selon l'invention peuvent être utilisées pour détecter divers champs; l'invention démontre une détection magnétique. L'oscillateur est basé sur un résonateur diélectrique qui contient des défauts paramagnétiques et est connecté à un amplificateur entretenu dans une boucle de rétroaction. La fréquence de résonance du résonateur diélectrique se décale en réponse à des variations du champ magnétique, ce qui se traduit par un décalage de la fréquence de l'oscillateur auto-entretenu. La valeur du champ magnétique est ainsi codée dans la sortie de décalage ou de modulation de l'oscillateur auto-entretenu. Le capteur selon l'invention n'utilise aucune optique, aucune micro-onde en entrée et notamment pas d'électronique de numérisation, consomme moins de 300 mW de puissance et présente une sensibilité égale ou inférieure à des dizaines de pT/VHz. Selon certains modes de réalisation, le capteur a un volume inférieur à 1 ml.