[发明专利]一种基于单分子量子相干的超快动力学成像系统及方法

权利要求书

1.一种基于单分子量子相干的超快动力学成像系统，其特征在于，它包括单分子相干态的制备与调控系统(101)、飞秒激光延迟锁定系统(102)、单分子激发与荧光探测系统(103)和超快动力学成像数据提取与处理系统(104)；

所述单分子相干态的制备与调控系统(101)包括飞秒激光器(105)、起偏器(106)、反射镜(107)、等比分束镜(108)、电光调制晶体(112)、电光调制晶体控制器(113)、第一角隅棱镜式反射镜(110)和第二角隅棱镜式反射镜(114)；所述飞秒激光器(105)用于制备单分子相干态，激发单分子并获得荧光；所述起偏器(106)设在飞秒激光器(105)的出射光路上，所述反射镜(107)设在起偏器(106)的出射光路上，所述等比分束镜(108)设在反射镜(107)的反射光路上，并形成光强相等的透射激光(109)和反射激光(111)；所述第一角隅棱镜式反射镜(110)位于透射激光(109)的光路上；所述电光调制晶体(112)和第二角隅棱镜式反射镜(114)依次位于反射激光(111)的光路上；透射激光(109)和反射激光(111)分别进入两个角隅棱镜式反射镜(110、114)经其反射后再次回到等比分束镜(108)，并在等比分束镜(108)处进行合束，形成合束激光(115)；所述电光调制晶体控制器(113)用于对电光调制晶体(112)施加具有特定波形和周期的电压，改变透射激光(109)和反射激光(111)的相对相位

所述飞秒激光延迟锁定系统(102)包括压电陶瓷(116)、不等比分束镜(117)、高速光电探测器(118)、差分放大器(119)及压电陶瓷控制器(120)；

所述压电陶瓷(116)固定在第一角隅棱镜式反射镜(110)的背面，所述不等比分束镜(117)设在合束激光(115)的入射光路上，所述高速光电探测器(118)设在不等比分束镜(117)的反射光路上，所述高速光电探测器(118)的信号输出端与所述差分放大器(119)的信号输入端连接，所述差分放大器(119)的信号输出端与压电陶瓷控制器(120)的信号输入端连接，所述压电陶瓷控制器(120)的信号输出端与压电陶瓷(116)的信号输入端连接；

所述单分子激发与荧光探测系统(103)包括二向色镜(121)、物镜(122)、被测单分子样品(123)、滤色片组合(125)、偏振分束器(126)、第一时间分辨相机(127)和第二时间分辨相机(128)；所述二向色镜(121)设在不等比分束镜(117)的透射光路上，所述物镜(122)设在二向色镜(121)的反射光路上，所述被测单分子样品(123)设在物镜(122)的出射光路上，被测单分子样品(123)被激发后产生的单分子荧光(124)进入物镜(122)及二向色镜(121)然后进入所述滤色片组合(125)，经滤色片组合(125)滤波后进入偏振分束器(126)分束，形成具有水平和垂直的荧光光强，分别被第一时间分辨相机(127)和第二时间分辨相机(128)探测；

所述超快动力学成像数据提取与处理系统(104)由电脑(129)以及设在电脑(129)中的数据处理程序组成，所述电脑(129)的信号输入端分别与飞秒激光器(105)、第一时间分辨相机(127)以及第二时间分辨相机(128)的信号输出端连接；所述电脑(129)的信号输出端与差分放大器(119)的信号输入端连接；

所述超快动力学成像数据提取与处理系统(104)中的数据处理过程包括：

1)选定相对延迟ΔT与积分时间T；

2)对第一时间分辨相机(127)和第二时间分辨相机(128)上每个像素(301)在积分时间T内所收集到的荧光光子进行求和，获得荧光强度，分别为和

3)对第一时间分辨相机(127)和第二时间分辨相机(128)在积分时间T内，每个荧光光子的到达时间进行快速傅立叶变换，获得调制频率处的调制强度和

2.根据权利要求1所述的一种基于单分子量子相干的超快动力学成像系统，其特征在于：所述飞秒激光器(105)的中心波长为625nm，脉冲宽度为150fs，重复频率为80MHz。

3.根据权利要求1所述的一种基于单分子量子相干的超快动力学成像系统，其特征在于：所述不等比分束镜(117)对飞秒激光光强的分配比例为1：9，其中1/10激光被反射，9/10激光被透射。