mAGNETIC sensing technology is of g

mAGNETIC sensing technology is of great significance in the fields of magnetic navigation, magnetic anomaly monitoring, nondestructive testing of precision devices, magnetic field measurement of biological cells, and medical nuclear magnetic resonance. In order to improve the accuracy of magnetic field measurement, superconducting quantum interferometers, magnetic resonance force microscopes and other instruments have been researched and manufactured. Although these technologies have improved the sensitivity of magnetic field measurement, they require low-temperature cooling, vacuum and other environments, which greatly limit their concrete application. In recent years, due to its unique crystal structure and energy level characteristics, the diamond NV centers has been widely used in quantum computing [1]-[4], quantum communication [5], [6], quantum precision sensing [7]-[11] and experimental research on fundamental issues of quantum physicsThe manipulation of the electron spin state in the NV centers of the diamond primarily depends on the strong coupling between the microwave field and the ground state triplet state. Various works have been proposed to provide better microwave manipulation for the NV center, including a double split-ring microwave resonator [18], microwave planar ring antenna [19], coplanar waveguide [20], broadband loop gap resonator [21]. These studies provide a solution for the realization of high-sensitivity magnetic sensing by providing a microwave field with adjustable bandwidth or a large bandwidth for strong coupling with the NV centers. However, in practical application, NV centers are distributed in the whole volume of diamond and are optically excited in the whole thickness. In addition, under the influence of different external magnetic fields, the resonant linewidth of the NV centers is distributed in the range of about 2.6-3.2 GHz, so providing a three-dimensional, broadband, and high radiation efficiency microwave field is particularly important for the coherent manipulation of the NV centers.

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磁性传感技术在磁导航、磁异常监测、精密器件无损检测、生物细胞磁场测量、医学核磁共振等领域具有重要意义。为了提高磁场测量的精度，研制了超导量子干涉仪、磁共振力显微镜等仪器。这些技术虽然提高了磁场测量的灵敏度，但需要低温冷却、真空等环境，极大地限制了它们的具体应用。近年来，金刚石NV中心由于其独特的晶体结构和能级特性，在量子计算[1]-[4]、量子通信[5]、[6]、<br><br>对金刚石 NV 中心电子自旋态的操纵主要取决于微波场和基态三重态之间的强耦合。已经提出了各种工作来为 NV 中心提供更好的微波操纵，包括双开口环微波谐振器 [18]、微波平面环形天线 [19]、共面波导 [20]、宽带环隙谐振器 [21]。这些研究通过提供带宽可调的微波场或大带宽与NV中心强耦合，为实现高灵敏度磁传感提供了解决方案。然而，在实际应用中，NV中心分布在金刚石的整个体积中，并在整个厚度内被光激发。此外，在不同外磁场的影响下，

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磁传感技术在磁导航、磁异常监测、精密器件无损检测、生物细胞磁场测量、医学核磁共振等领域具有重要意义。为了提高磁场测量的精度，人们研制了超导量子干涉仪、磁共振力显微镜等仪器。虽然这些技术提高了磁场测量的灵敏度，但它们需要低温冷却、真空等环境，这大大限制了它们的具体应用。近年来，金刚石NV中心由于其独特的晶体结构和能级特性，在量子计算[1]-[4]、量子通信[5]、[6]、量子精密传感[7]-[11]和量子物理基础问题的实验研究中得到了广泛的应用<br>金刚石NV中心电子自旋态的操纵主要取决于微波场和基态三重态之间的强耦合。已经提出了各种工作来为NV中心提供更好的微波操纵，包括双裂环微波谐振器[18]，微波平面环形天线[19]，共面波导[20]，宽带环隙谐振器[21]。这些研究为实现高灵敏度磁传感提供了一种解决方案，通过提供带宽可调的微波场或与NV中心强耦合的大带宽。然而，在实际应用中，NV中心分布在金刚石的整个体积中，并在整个厚度上受到光激发。此外，在不同外部磁场的影响下，NV中心的共振线宽分布在约2.6-3.2 GHz的范围内，因此提供三维、宽带和高辐射效率的微波场对于NV中心的相干操纵尤为重要。

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磁传感技术在磁导航、磁异常监测、精密器件无损检测、生物细胞磁场测量、医学核磁共振等领域具有重要意义。为了提高磁场测量的精度，人们研究和制造了超导量子干涉仪、磁共振力显微镜等仪器。这些技术虽然提高了磁场测量的灵敏度，但需要低温冷却、真空等环境，大大限制了它们的具体应用。近年来，金刚石NV中心由于其独特的晶体结构和能级特性，被广泛应用于量子计算[1]-[4]、量子通信[5]、[6]、量子精密传感[7]-[11]以及量子物理基础问题的实验研究对金刚石NV中心电子自旋态的操纵主要取决于微波场和基态三重态之间的强耦合。已经提出了各种工作来为NV中心提供更好的微波操作，包括双开口环形微波谐振器[18]、微波平面环形天线[19]、共面波导[20]、宽带环形间隙谐振器[21]。这些研究为实现高灵敏度磁传感提供了一种解决方案，即通过提供带宽可调的微波场或大带宽来实现与NV中心的强耦合。然而，在实际应用中，NV中心分布在金刚石的整个体积中，并在整个厚度中被光学激发。此外，在不同外部磁场的影响下，NV中心的共振线宽分布在约2.6-3.2 GHz的范围内，因此提供三维、宽带和高辐射效率的微波场对于NV中心的相干操纵尤为重要。

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