[发明专利]一种基于干涉测量的单分子轴向定位装置及其工作方法

权利要求书

1.一种基于干涉测量的单分子轴向定位装置，其特征在于，包括：

光源系统，其用于提供激发光；

照明及调制系统，其与所述光源系统光路连接，所述照明及调制系统用于将激光分为两个光路并在样品处汇聚产生干涉图样，同时调制图样的相位；

显微成像系统，其与所述照明及调制系统光路连接，所述显微成像系统用于收集样品产生的光信号并将收集的光信号汇聚到光电传感器的不同区域；

信号控制处理系统；其分别与光源系统、照明及调制系统、显微系成像系统连接，以对光源系统、照明及调制系统、显微系成像系统进行同步有序控制。

2.根据权利要求1所述的基于干涉测量的单分子轴向定位装置，其特征在于，所述光源系统包括激光器，在激光器的光路上依次设置有强度调制器和1/2波片，通过激光器发出的激光经过强度调制器控制光强，通过1/2波片控制偏振状态后进入到调制系统中。

3.根据权利要求2所述的基于干涉测量的单分子轴向定位装置，其特征在于，所述强度调制器为声光调制器。

4.根据权利要求2所述的基于干涉测量的单分子轴向定位装置，其特征在于，所述照明及调制系统包括电光调制器和偏振分光镜，由所述光源系统发出的激光经过所述电光调制器调制光束中两个偏振态之间的相位差，之后经过所述偏振分光镜将两个偏振态分离形成光路a和光路b。

5.根据权利要求4所述的基于干涉测量的单分子轴向定位装置，其特征在于，所述光路a上依次设有第一扩束器、第一反射镜、第二反射镜、第一聚焦透镜和第三反射镜；所述光路b上依次设有第二扩束器和第二聚焦透镜。

6.根据权利要求2所述的基于干涉测量的单分子轴向定位装置，其特征在于，所述显微成像系统包括样品、显微物镜、二向色分光镜、第三聚焦透镜、第四反射镜、光阑、第四聚焦透镜、第五聚焦透镜、谐振扫描镜、第一共轭透镜组、第二共轭透镜组和光电传感器；所述二向色分光镜、显微物镜、样品在同一光路上；所述二向色分光镜的分光路上依次设有第三聚焦透镜、光阑、第四透镜、第五透镜、谐振扫描镜；所述谐振扫描镜的另一条光路上依次设有第一共轭透镜组、第二共轭透镜组和光电传感器。

7.根据权利要求6所述的基于干涉测量的单分子轴向定位装置，其特征在于，所述第一共轭透镜组和第二共轭透镜组各包含N个分透镜，所述N个分透镜用于不同相位下的荧光光信号收集。

8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的基于干涉测量的单分子轴向定位装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、首先将样品调整到显微物镜焦平面上；

b、然后打开光源系统发射出激发光，激发光被照明及调制系统分为两路激光并在样品处产生干涉条纹，同时激发样品；

c、样品所发出的光信号经过显微成像系统进行收集，并汇聚在谐振扫描镜镜面上，经谐振扫描镜快速扫描，通过N组共轭透镜组中的第一组透镜汇聚到光电传感器靶面子区域位置1处，然后对荧光光信号进行积分；然后照明及调制系统改变激发光相位并激发样品，样品发射出光信号通过显微成像系统收集后汇聚在谐振扫描镜镜面镜面上，经谐振扫描镜镜面快速扫描，通过N组共轭透镜组中的第二组透镜汇聚到光电传感器靶面子区域位置2处，然后对荧光光信号进行积分，依次循环，照明及调制系统改变激发光相位N次，完成一个周期；

d、在光电传感器曝光过程中，重复步骤c若干个周期，最终在曝光结束得到荧光图像；其中，所述荧光图像包含N个荧光子图像；

e、根据得到的荧光子图像中同一个单分子在不同荧光子图像中的亮度计算单分子的相位，并通过相位转换为轴向位置，实现对单分子的轴向定位。

9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，所述荧光光信号聚焦在谐振扫描镜镜面上，并且谐振扫描镜镜面处于共轭透镜组的焦点处。

10.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，当样品发射的光信号处于共轭透镜组中透镜的交界处时，激发光处于关闭状态；当样品发射的光信号完全位于某一组共轭透镜组中透镜的通光孔径内时，激发光处于打开状态。