[发明专利]一种提高单分子光学成像对比度的装置及方法

权利要求书

1.一种提高单分子光学成像对比度的装置，其特征在于：包括激光脉冲延迟和相位调制部分、信号分析和控制部分、单分子激发及荧光探测部分；

所述激光脉冲延迟和相位调制部分包括亚皮秒脉冲激光器(1)、λ/2波片(2)、50/50分束器(3)、直角反射镜I(4)、直角反射镜II(5)、电光调制器(6)、信号发生器(7)、高压放大器(8)和λ/4波片(9)；所述λ/2波片(2)、50/50分束器(3)、直角反射镜I(4)依次设在亚皮秒脉冲激光器(1)水平线偏振光输出方向，所述直角反射镜II(5)设在50/50分束器(3)反射光方向且直角反射镜II(5)可沿光束传播方向移动，所述λ/4波片(9)设在直角反射镜II(5)和50/50分束器(3)之间，所述电光调制器(6)设在直角反射镜I(4)和50/50分束器(3)之间，所述高压放大器(8)和信号发生器(7)设在电光调制器(6)一侧，高压放大器(8)的信号输出端与电光调制器(6)的信号输入端连接，高压放大器(8)的信号输入端与信号发生器(7)的输出端连接，所述信号发生器(7)提供调制信号，用于控制高压放大器(8)输出高压信号加载到电光调制器(6)，所述高压放大器(8)监控信号输出端与数据采集卡(16)输入端连接；

所述单分子激发及荧光探测部分包括：二向色镜(10)、物镜(11)、三维纳米位移台(12)、单分子样品(13)、针孔(14)、透镜I(19)、透镜II(20)和单光子探测器(15)；所述二向色镜(10)设在50/50分束器(3)处合束后的激光传输方向上且起分光作用，物镜(11)设在二向色镜(10)的反射光路上，单分子样品(13)固定在物镜(11)上方的三维纳米位移台(12)上；透镜I(19)、透镜II(20)和单光子探测器(15)设在二向色镜(10)的透射光路上，针孔(14)设在透镜I(19)和透镜II(20)之间，所述单光子探测器(15)的信号输出端分别与数据采集卡(16)和时间相关单光子计数器(17)的信号输入端连接；

所述信号分析和控制部分包括：数据采集卡(16)、时间相关单光子计数器(17)和计算机系统(18)；所述数据采集卡(16)的信号输出端与三维纳米位移台(12)的信号输入端连接，三维纳米位移台(12)反馈信号输出端与数据采集卡(16)的反馈信号输入端连接，数据采集卡(16)用于控制三维纳米位移台(12)在x-y平面扫描，同时接收三维纳米位移台(12)的反馈信号；所述数据采集卡(16)和时间相关单光子计数器(17)通过通用串行总线与计算机系统(18)连接，所述计算机系统(18)通过软件实现信号分析和控制。

2.利用权利要求1所述的一种提高单分子光学成像对比度的装置提高成像对比度的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、亚皮秒脉冲激光器(1)输出的亚皮秒脉冲由50/50分束器(3)分为两路脉冲光，两路脉冲光各自经过时间延迟系统后合束，形成相对延时可调的脉冲对序列；调节两路脉冲序列的相对延时在零延时附近，通过电光调制器(6)调制两束脉冲光之间的相对相位差；

b、合束后的脉冲对序列经物镜(11)聚焦后激发单分子，通过单光子探测器(15)对单分子荧光信号进行探测，单光子探测器(15)将接收到的单光子信号转换为标准的TTL电压脉冲，然后发送至数据采集卡(16)和时间相关单光子计数器(17)进行计数，并输入计算机系统(18)进行信号分析；

c、数据采集卡(16)输出电压控制信号控制三维纳米位移台(12)，扫描样品逐点经过物镜(11)聚焦光斑，并逐点探测相应位置的荧光获得单分子二维成像；时间相关单光子计数器(17)逐点提取单分子荧光量子相干信号，经计算机系统(18)傅里叶变换后得到相应调制频率处的频谱强度信息，获得单分子荧光量子相干频谱成像。