1.一种笼式结构激光扫描共聚焦显微成像系统,其特征在于,所述激光扫描共聚焦显微系统主体采用笼式结构;所述系统,包括:三维精密样品台、显微物镜、荧光显微镜筒、光机组件、激光器、单模光纤、光纤分束器、二向色镜、滤光片、成像CCD、单光子探测器、脉冲计数器和符合仪;其中,三维精密样品台:对样品的电控三维高精度扫描;用螺栓固定在光学平台或者封装底座上,位于笼式结构激光扫描共聚焦显微成像系统的底部;显微物镜:对用于激发样品的入射扫描激光的聚焦,同时也对样品辐射荧光的收集;位于三维精密样品台上侧,固定在笼式结构显微镜筒下侧;荧光显微镜筒:将入射激光聚焦到样品上,并对荧光信号的收集并耦合进单模光纤;位于显微物镜上侧,用安装架固定在光学平板或者封装底座上;光机组件:对光学元件的固定和连接;激光器:实现对样品的光学激发,通过入射模块的单模光纤将激光器发出的激光耦合进入该系统的激光入射模块;位于光学平板或者封装底座上;单模光纤:实现将入射激光耦合进该成像系统以及耦合收集端的荧光信号进入光纤分束器;在激光入射模块尾端和荧光收集模块尾端各有一根单模光纤;光纤分束器:对荧光信号的分束;与荧光收集端口的单模光纤尾端通过光纤法兰连接,固定在光学平台或者封装底座上;二向色镜:对入射激光的反射,将入射激光反射到显微物镜的尾端,用于对样品荧光的激发,同时也实现了对样品辐射荧光的透射,目的在于过滤掉入射激光;位于显微物镜上侧;滤光片:过滤激光信号,增强荧光信号的信噪比;位于二向色镜上侧;成像CCD:实现对样品表面形貌的成像,用于观察和定位样品表面的结构单元和研究区域;位于荧光显微镜筒的左侧,固定在显微镜悬臂上侧;单光子探测器:对单光子水平的微弱荧光信号的光子计数;两个单光子探测器分别与光纤分束器的两个尾端连接,固定在光学平台或者安装底座上;脉冲计数器:对单光子探测器信号的读出;脉冲计数器与其中一个单光子探测器连接,位于光学平台上或者控制器机箱内;符合仪:对两路单光子探测器信号的符合测量,用于分析荧光光源的单光子性质;位于光学平台上或者控制器机箱内。
2.根据权利要求1所述的一种笼式结构激光扫描共聚焦显微系统,其特征在于:所述三维精密样品台由一个行程为15毫米的大行程的稳定的三维机械位移台和一个精度为1纳米的高精度的三维压电陶瓷位移台组成,三维机械位移台用螺栓固定在工作平台或封装底座上,压电陶瓷位移台用螺栓固定在机械位移台上,样品安装平板固定在压电陶瓷位移台上。
3.根据权利要求2所述的一种笼式结构激光扫描共聚焦显微系统,其特征在于:所述三维压电陶瓷位移台与压电陶瓷驱动器连接,驱动器与计算机连接,用计算机精确地控制样品台扫描范围、步距和速率。
4.根据权利要求1所述的一种笼式结构激光扫描共聚焦显微系统,其特征在于:所述荧光显微镜筒由水平方向的激光入射模块和竖直方向的荧光收集模块组成,二者相互垂直,独立调节;激光器发射的激光由单模光纤耦合到激光入射模块,经二向色镜反射到显微物镜尾端,入射激光经显微物镜聚焦到样品上;样品辐射的荧光信号通过同一个显微物镜形成近平行光,出射荧光透过二向色镜和滤光片,最后通过荧光收集模块耦合进单模光纤。
5.根据权利要求4所述的一种笼式结构激光扫描共聚焦显微系统,其特征在于:所述激光入射模块和荧光收集模块分别由光纤转接板、非球面透镜、XY二维平移调节架、Z轴平移安装座、二维光学调整架、笼式装配支杆、笼式结构转接件等装配而成;水平方向的激光入射模块和竖直方向的荧光收集模块相互垂直,独立调节;入射激光的入射方向、空间位置,以及束腰位置和大小通过激光入射模块方便地调节;荧光收集模块通过调节XY二维平移调节架和Z轴平移安装座来优化和提高耦合效率。
6.根据权利要求4所述的一种笼式结构激光扫描共聚焦显微系统,其特征在于:所述荧光收集模块顶部有光纤转接板,光纤转接板与单模光纤连接,将荧光信号耦合进单模光纤,以便后续荧光强度探测、光谱分析、单光子源性质分析以及单光子源的应用。
7.根据权利要求4 所述的一种笼式结构激光扫描共聚焦显微系统,其特征在于:所述荧光收集模块顶部的单模光纤对荧光进行空间滤波,滤除杂散光和部分背景信号,以提高荧光信号的信噪比;同时,单模光纤耦合输出更加方便于后续荧光强度探测、光谱分析、单光子源性质分析以及单光子源的应用。
8.根据权利要求4所述的一种笼式结构激光扫描共聚焦显微系统,其特征在于:所述荧光收集模块顶部的单模光纤与光纤分束器相连接,光纤分束器的两个输出端口分别与两个单光子探测器连接,其中一个单光子探测器的信号输出端口与脉冲计数器信号输入端口通过BNC连接线连接,脉冲计数器通过USB与计算机连接,用于实时探测和显示荧光强度。
9.根据权利要求1所述的一种笼式结构激光扫描共聚焦显微系统,其特征在于:所述两个单光子探测器的信号输出端口分别与符合仪的两个信号输入端口通过BNC连接线相连接,符合仪通过USB与计算机连接,用于测量和分析单光子源的性质。
10.一种笼式结构激光扫描共聚焦显微方法,其特征在于,实现如下:激光器发射的激光通过激光入射模块尾端的单模光纤耦合到共聚焦显微系统,通过调节水平方向的激光入射模块中的XY二维平移调节架和二维光学调整架来控制入射激光的入射方向和空间位置,通过调节Z轴平移安装座来控制入射激光的束腰位置和大小;激光经过左侧的二向色镜后反射到下侧的显微物镜尾端,最后激光束被显微物镜聚焦到固定在三维精密样品台上的样品表面;样品辐射的荧光经过同一个显微物镜收集并转换成近平行光,然后透过二向色镜,荧光方向为竖直向上的方向;如果需要表征样品表面的形貌或者定位研究区域,则插入成像CCD右侧的反射镜,手动调整三维位移台中的机械位移台来大范围,即15毫米移动样品,通过CCD和计算机实时成像样品表面形貌,如果需要收集荧光并做后续的信号分析,则拔出成像CCD右侧的反射镜;荧光信号经过滤光片进一步过滤掉激光和杂散光之后进入竖直方向的荧光收集模块,通过调节二维光学调整架、Z轴平移安装座、XY二维平移调节架等光机组件来快速地优化荧光信号耦合进单模光纤的耦合效率;荧光收集模块上的单模光纤另一端与光纤分束器通过光纤法兰对接,光束被一分为二,光纤分束器的两个输出端分别连接到两个单光子探测上,其中一个单光探测器的信号输出端口与脉冲计数器连接,脉冲计数器与计算机连接,通过计算机可以实时显示和分析样品辐射的荧光强度信号,并可以记录和存储荧光强度的变化;通过计算机对三维位移台上的三维压电陶瓷位移台的控制来精细扫描样品,再配合脉冲计数器实时记录每个光斑下的荧光在积分时间内的荧光强度,从而实现对样品表面荧光的二维高精度成像;两个单光子探测器分别与符合仪的两个信号输入端口连接,符合仪与计算机连接,通过符合仪和计算机分析荧光光源的单光子性质;荧光收集模块尾端的单模光纤将收集到的荧光耦合到用户的光谱仪进行光谱分析,也可以耦合到用户自定义的光学或光电系统进行使用和分析。