CN209895084U - 一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，包括：真空腔体、真空腔体密封盖、石英窗口片、三维电动位移台、振镜系统、显微物镜、荧光显微镜筒、笼式结构光机组件、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、符合仪、计算机等。三维电动位移台和显微物镜置于真空腔体内部，振镜系统和显微系统主体置于真空腔体外部，显微系统主体采用稳定的笼式结构，由易安装的笼式结构光机组件组装而成。本实用新型具有集成度高、占用体积小、易于安装与调试、操作和维护简便等优点。本实用新型用于真空腔体内部或低温腔体内部的微弱荧光信号的高精度成像、单光子源的高效率收集与信号分析。

Description

一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统

技术领域

本实用新型涉及一种光学显微成像领域，尤其涉及一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统。

背景技术

共聚焦显微镜是一种研究荧光成像以及微弱荧光信号收集、探测和信号分析的常用科研设备。研究人员在某些特定情况下需要对真空环境或低温环境下的样品所辐射的荧光的性质进行研究，但是，对真空腔内或者低温腔内的样品荧光进行成像、收集、探测以及分析通常需要用户自行搭建显微成像系统。

目前商用的真空腔或低温腔体所配备的显微成像系统一般结构比较复杂，占用空间体积较大，光学元件过多，从而降低了荧光信号的收集效率和探测效率，成本一般较高。为避免高成本的真空腔或低温腔兼容的显微成像系统，一些用户选择自行搭建显微成像系统，其时间成本和研发成本通常也较高，本实用新型旨在提供的一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微系统，在最大程度上减少如反射镜和透镜之类的光学元件的使用，简化了显微镜的结构设计，从而较大幅度提高荧光的收集效率和探测效率，同时减小设备的空间占用体积和成本。显微物镜置于真空腔体内部，可以使用大数值孔径和短工作距离的显微物镜，从而提高荧光收集效率和成像分辨率，并且可以同时兼容在真空环境和低温环境中使用；显微系统主体置于真空腔或低温腔外部，采用稳定的笼式结构，由易于安装和拆卸的笼式结构光机组件组装而成，可以方便快捷地针对不同波长的扫描激光和荧光做出优化调整。本实用新型具有集成度高、占用体积小、易于安装与调试、操作和维护简便等突出优点。本实用新型可以用于真空腔内部或低温腔内部的微弱荧光信号的高精度成像、单光子源的高效率收集与信号分析。

发明内容

本实用新型的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，使用真空环境或低温真空环境兼容的三维电动位移台对样品进行大范围的扫描和研究区域定位，真空腔体外部有振镜系统，振镜系统用于对入射激光进行精密扫描，可以通过计算机精确控制振镜的扫描范围、步距和速率；显微物镜悬挂于真空腔体密封盖下侧，并置于真空腔体内部，相比于外置显微物镜，本实用新型可以使用大数值孔径和短工作距离的显微物镜，从而提高荧光收集效率和成像分辨率，可以同时兼容在真空环境和低温环境中使用；显微系统主体置于真空腔或低温腔外部，采用稳定的笼式结构，由易于安装和拆卸的笼式结构光机组件组装而成，可以方便快捷地针对不同波长的扫描激光和荧光做出优化调整。本实用新型具有集成度高、占用体积小、易于安装与调试、操作和维护简便等突出优点。本实用新型可以用于真空腔内部或低温腔内部的微弱荧光信号的高精度成像、单光子源的高效率收集与信号分析。

本实用新型是通过如下方式实现的：一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，包括：真空腔体、真空腔体密封盖板、石英窗口片、三维电动位移台、振镜系统、显微物镜、荧光显微镜筒、笼式结构光机组件、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、符合仪和计算机；其中，

真空腔体：用于对三维电动位移台的安装以及对三维电动位移台和样品的密封；位于显微成像系统的左下侧，固定在光学平台上；

真空腔体密封盖板：用于对真空腔体的密封；位于真空腔体上侧；

石英窗口片：用于对真空腔体的密封；位于真空腔体密封盖板中心；

三维电动位移台：用于样品的大范围扫描和研究区域定位；位于真空腔体内部下侧，与位移台控制器连接，位移台控制器与计算机连接；

振镜系统：用于对激光精细扫描，由计算机精确控制扫描范围、扫描步距和扫描速率；安装在真空腔体密封盖板上侧，振镜系统与振镜驱镜器连接，振镜驱动器与计算机连接；

显微物镜：用于聚焦激发样品的激光束，同时也用于收集真空腔或者低温腔内的样品辐射的荧光信号并耦合进单模光纤；悬挂于真空腔体密封盖的下侧，并置于真空腔体内部；

荧光显微镜筒：由竖直方向的激光入射模块和水平方向的荧光收集模块组成，实现了将入射激光聚焦到样品上，并实现了对荧光信号的收集并耦合进单模光纤；位于显微物镜上侧，固定在显微镜悬臂上，显微镜悬臂固定在光学平板或者封装底座上；

笼式结构光机组件：用于对光学元件的固定和连接；位于该系统的光学元件安装以及各光学器件的连接处；

激光器：用于对样品的光学激发，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：用于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：实现了对荧光信号的分束；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：实现对入射激光的反射，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：实现进一步地过滤激光信号，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下侧，固定在显微镜悬臂上侧底部；

单光子探测器：实现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：实现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：实现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；

计算机：实现对三维电动位移台的控制；实现对单光子探测器探测到的光子计数进行实时显示、记录以及分析；实现对符合仪探测结果的数据处理，用于分析荧光光源的单光子性。

在低温环境中，所述三维电动位移台可选用最低温度4K的低温兼容的三维电动位移台，该装置可以同时兼容真空环境和低温环境系统使用；

所述真空腔体上表面有沟槽，沟槽用于放置密封橡胶圈，真空腔体通过密封胶圈和真空腔体密封盖密封；真空腔体上侧边沿有下凹的定位孔，定位孔用于装配真空腔体密封盖时定位；真空腔体密封盖上有通光孔，通过石英窗口片和密封胶圈密封，石英窗口片用于透过腔外的激光束和腔内的荧光信号；真空腔体密封盖上侧的通光孔周边有内螺纹接口，内螺纹接口内部可以放置卡环，卡环用于固定石英窗口片。

所述真空腔体密封盖上侧有多个螺纹孔，真空腔体密封盖上侧的螺纹孔用于固定振镜系统；真空腔体密封盖上侧有定位孔，用于装配真空腔体密封盖时定位；真空腔体密封盖下侧有下凸的定位孔，用于装配真空腔体密封盖时定位。

所述真空腔体密封盖下侧有多个螺纹孔，真空腔体密封盖下侧的螺纹孔用于固定安装板，安装板上有笼式装配支杆，笼式装配支杆上有笼式安装板，笼式安装板上固定有显微物镜，通过调节笼式安装板相对笼式装配支杆的相对位置来调节显微物镜的高度。

所述显微物镜悬挂在真空腔体密封盖下侧，即显微物镜置于真空腔体内部，使用大数值孔径，最大NA＝0.9和短工作距离，最短1毫米的显微物镜，提高对荧光的收集效率和成像分辨率，显微物镜用于聚焦激发样品的激光束，同时也用于收集真空腔或者低温腔内的样品辐射的荧光信号。

所述三维电动位移台位于真空腔体内部，控制电缆通过真空密封法兰引出到真空腔体外部，三维电动位移台通过控制电缆与位移台控制器连接，位移台控制器通过USB线与计算机连接，用于样品的大范围扫描和研究区域定位。

位于真空腔体上侧的振镜系统通过控制电缆与振镜驱动器连接，振镜驱动器通过USB线与计算机连接，通过计算机精确控制振镜系统的扫描范围、扫描步距和扫描速率、具有控制精度高、稳定性高的优点。

所述荧光显微镜筒由竖直方向的激光入射模块和水平方向的荧光收集模块组成，二者相互垂直，能独立调节；激光器发射的激光由单模光纤耦合进激光入射模块，经二向色镜反射到XY二维扫描振镜上，再由镜振镜反射到显微物镜尾端，入射激光经显微物镜聚焦到真空腔或低温腔内的样品上；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。

所述激光入射模块由单模光纤、光纤转接件、XY二维平移调节架、非球面透镜、Z轴平移安装座、笼式装配支杆、二维光学调整架、笼式结构转接件等装配而成；单模光纤与光纤转接件连接，光纤转接件是固定在XY二维平移调节架上的，非球面透镜固定在Z轴平移安装座上；XY二维平移调节架、Z轴平移安装座、二维光学调整架通过笼式装配支杆连接和固定；入射激光通过单模光纤耦合进显微成像系统，入射激光的入射方向和空间位置可通过XY二维平移调节架和二维光学调整架进行调节，入射激光的束腰位置和大小可以通过Z轴平移安装座进行调节。

所述荧光收集模块由二维光学调整架、笼式装配支杆、Z轴平移安装座、消色差非球面透镜、XY二维平移调节架、光纤转接件、单模光纤、笼式结构转接件等装配而成；单模光纤与光纤转接件连接，光纤转接件是固定在XY二维平移调节架上的，消色差非球面透镜固定在Z轴平移安装座上；可以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。

所述显微镜筒位于真空腔体外部，所述激光扫描共聚焦显微系统的主体采用稳定的笼式结构，由易于安装和拆卸的笼式结构光机组件组装而成，可以方便快捷地针对不同波长的激发激光和荧光信号进行优化调整。

所述显微镜筒是固定在显微镜悬臂上的，显微镜筒的高度可以根据真空腔体的高度进行调节。

所述荧光显微镜筒的下侧有成像CCD，成像CCD固定在显微镜悬臂上成像CCD上侧有可选的反射镜，需要对样品表明形貌成像或定位研究区域时，插入反射镜即可；需要耦合荧光信号时，拔出反射镜即可。

所述荧光收集模块顶部的单模光纤可以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，单模光纤耦合输出可以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。

所述荧光收集模块尾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通过BNC连接线与脉冲计数器信号输入端口连接，脉冲计数器通过USB连接线与计算机连接，用于实时探测和显示真空腔或低温腔内荧光强度。

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连接线与计算机连接，用于测量和分析真空腔内或低温腔内的单光子源的性质。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

本实用新型提供的一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微系统在最大程度上减少如反射镜和透镜之类的光学元件的使用，简化了显微镜的结构设计，从而较大幅度提高荧光的收集效率和探测效率，同时减小设备的空间占用体积。显微物镜悬挂于真空腔体密封盖下侧，并置于真空腔体内部，相比于外置显微物镜，本实用新型可以使用大数值孔径和短工作距离的显微物镜，从而提高荧光收集效率和成像分辨率，可以同时兼容在真空环境和低温环境中使用；显微系统主体置于真空腔或低温腔外部，采用稳定的笼式结构，由易于安装和拆卸的笼式结构光机组件组装而成，可以方便快捷地针对不同波长的扫描激光和荧光做出优化调整。本实用新型具有集成度高、占用体积小、易于安装与调试、操作和维护简便等突出优点。本实用新型可以用于真空腔内部或低温腔内部的微弱荧光信号的高精度成像、单光子源的高效率收集与信号分析。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本实用新型一实施例提供的是装置结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的是真空腔体示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的真空腔体密封盖上侧示意图；

图4为本实用新型一实施例提供的卡环和石英窗口片示意图；

图5为本实用新型一实施例提供的真空腔体密封盖下侧示意图；

图6为本实用新型一实施例提供的是荧光信号分析流程图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

根据附图1-6所示，对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型一实施例提供的装置结构示意图。

所述显微物镜右上侧是笼式结构的荧光显微镜筒，该显微镜筒由竖直方向的激光入射模块和水平方向的荧光收集模块组成，二者相互垂直，可独立调节；激光器发射的激光由单模光纤1耦合到激光入射模块，经二向色镜10反射到XY二维扫描振镜14上，再由镜振镜14反射到显微物镜24尾端，入射激光8经显微物镜24聚焦到真空或低温腔内的样品上；样品辐射的荧光信号31通过同一个显微物镜24形成近平行光，出射荧光透过二向色镜10和滤光片30，最后通过荧光收集模块耦合进单模光纤37；

所述激光入射模块由单模光纤1、光纤转接件2、XY二维平移调节架3、非球面透镜4、Z轴平移安装座5、笼式装配支杆6、二维光学调整架7、笼式结构转接件等装配而成；单模光纤1与光纤转接件2相连接，光纤转接件2固定在XY二维平移调节架3上，非球面透镜4固定在Z轴平移安装座5上；入射激光8的入射方向和空间位置可通过XY二维平移调节架3和二维光学调整架7进行调节，入射激光8的束腰位置和大小可以通过Z轴平移安装座5进行调节；XY二维平移调节架3、Z轴平移安装座5、二维光学调整架7通过笼式装配支杆6连接和固定；

所述激光入射模块固定在笼式立方体9的上侧；

所述二向色镜10固定在笼式立方体9的内部；

所述笼式立方体9通过安装架11固定在显微镜悬臂12上侧；

所述显微镜悬臂12用螺栓固定在支撑杆13上，支撑杆13固定在工作台或封装底座上；

所述笼式立方体9和二向色镜10的左侧是XY二维扫描振镜14，XY二维扫描振镜14内部装有反射镜15和反射镜16，两块反射镜分别由两个电机驱动，电机连接驱动器，驱动器连接计算机，可以精确地控制振镜的扫描范围和扫描步距；

所述振镜14通过安装架17固定在下侧的真空腔体密封盖18上；

所述真空腔体密封盖18的中心有一块石英窗口片，真空腔体密封盖18与石英窗口片通过密封橡胶圈密封；

进一步的，石英窗口片可以根据样品的荧光波长范围选择镀有高透膜的石英窗口片，从而降低荧光的传输损耗；

所述真空腔体密封盖18下侧是真空腔体19，真空腔体密封盖18与真空腔体19之间使用密封橡胶圈密封；

所述真空腔体19内部有荧光成像的重要元件显微物镜24，显微物镜24固定在笼式安装板23下侧，笼式安装板23固定在笼式装配支杆22上，显微物镜24的高度可以通过调节笼式安装板23的竖直位置而实现，笼式装配支杆22固定在安装板20下侧，安装板20通过螺栓21固定在真空腔体密封盖18的下侧；显微物镜24用于聚焦激发样品的激光束8，同时也用于收集样品辐射的荧光信号31；

所述显微物镜24下侧是样品安装平台25和电动位移台26，电动位移台26是真空环境兼容的电动位移台；

进一步的，真空腔内如果是低温环境，电动位移台26可以选择低温环境和真空环境同时兼容的电动位移台；

所述笼式立方体9和二向色镜10的右下侧是成像CCD 28，成像CCD 28用于样品表面形貌成像，以便观察和定位样品表面的结构单元和研究区域；成像CCD 28通过支杆固定在显微镜悬臂12上侧；

所述成像CCD 28的上侧是可选的45°反射镜27，需要观测样品表面形貌或者观察和定位样品表面结构单元时将反射镜27插入显微镜筒，当需要荧光成像和收集时拔出反射镜27；

所述笼式立方体9和45°反射镜27右侧是荧光收集模块；

所述荧光收集模块由二维光学调整架29、笼式装配支杆32、Z轴平移安装座33、消色差非球面透镜34、XY二维平移调节架35、光纤转接件36、单模光纤37、笼式结构转接件等装配而成；单模光纤37与光纤转接件36连接，光纤转接件36固定在XY二维平移调节架35上，消色差非球面透镜34固定在Z轴平移安装座33上；通过调节二维光学调整架29、Z轴平移安装座33、XY二维平移调节架35可以快速地优化荧光信号31耦合进单模光纤37的耦合效率；

所述二维光学调整架29右侧是滤光片30，用于滤除激光信号；

进一步的，滤光片30可以使用长通滤光片、带通滤光片和短通滤光片进行组合，滤出感兴趣的波长范围内的荧光信号；

图2为本实用新型一实施例提供的是真空腔体示意图。如图2所示，

所述真空腔体的上表面201是光滑平面，真空腔体上表面有沟槽202，用于放置橡胶密封圈，橡胶密封圈与真空腔体和真空腔体密封盖接触，用于密封真空腔体，真空腔体上表面边沿有下凹的定位孔203，用于装配真空腔体密封盖时定位；

图3为本实用新型一实施例提供的真空腔体密封盖上侧示意图。如图3所示，

所述真空腔体密封盖上侧有沟槽301，用于放置橡胶密封圈，真空腔体密封盖上侧有中空的挡板302，沟槽301和挡板302上方放置石英窗口片；

所述真空腔体密封盖上侧中空挡板302外侧有内螺纹接口303，内螺纹接口303内可以放置卡环，用于固定石英窗口片；

所述真空腔体密封盖上侧有多个螺纹孔304，真空腔体密封盖上侧的螺纹孔304用于固定振镜系统；

所述真空腔体密封盖上侧有定位孔305，定位孔305用于装配真空密封盖时定位；

图4为本实用新型一实施例提供的卡环和石英窗口片示意图。如图4所示，

所述卡环用于将石英窗口片固定在真空腔体密封盖上；

所述卡环上有转动孔401，转动孔401有利于固定卡环时转动；

所述卡环上有外螺纹402，外螺纹402与真空腔体密封盖上侧的内螺纹303匹配，卡环的外螺纹402用于将石英窗口片固定在真空腔体密封盖上；

所述石英窗口片403在真空腔体密封盖上，并用卡环将其固定，石英窗口片用于真空腔或低温腔内外激光和荧光的传输；

图5为本实用新型一实施例提供的真空腔体密封盖下侧示意图。如图5所示，

所述真空腔体密封盖下侧有定位孔501，定位孔501用于装配真空密封盖时定位；

所述真空腔体密封盖下侧有多个螺纹孔502，真空腔体密封盖下侧的螺纹孔502用于固定安装板，安装板上有笼式装配支杆，笼式装配支杆上有笼式安装板，笼式安装板上固定有显微物镜，通过调节笼式安装板相对笼式装配支杆的相对位置来调节显微物镜的高度；

所述真空腔体密封盖中心有通光孔503，通光孔503用于透过激发样品的激光到真空腔或低温腔的内部，通光孔503也用于透过样品辐射荧光到真空腔或低温腔的外部；

图6为本实用新型一实施例提供的是荧光信号分析流程图。如图6所示，

所述三维电动位移台601与三维电动位移台驱动器602连接，驱动器602与计算机603连接，可以通过计算机603精确地控制三维电动位移台601的扫描步距、范围和速率；

所述振镜604与振镜驱动器605连接，振镜驱动器605与计算机603连接，可以通过计算机603精确地控制振镜604的扫描范围、扫描步距和扫描速率；

所述三维电动位移台601一般采用大行程的位移台，用于对样品大范围的扫描以及研究区域的定位，振镜604用于对激光束精细扫描；

所述荧光收集模块右端的单模光纤与光纤分束器606连接，光纤分束器606的两个输出端口分别与单光子探测器607和单光子探测器608相连接；

所述单光子探测器607的信号输出端口与脉冲计数器609信号输入端口连接，脉冲计数器609通过USB与计算机603连接，用于实时探测和显示荧光强度；

所述单光子探测器607和单光子探测器608的信号输出端口分别与符合仪610的两个信号输入端口相连接，符合仪610与计算机603连接，用于测量和分析单光子源的性质。

Claims (15)

1.一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于，包括：真空腔体、真空腔体密封盖板、石英窗口片、三维电动位移台、振镜系统、显微物镜、荧光显微镜筒、笼式结构光机组件、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、符合仪和计算机；其中，

真空腔体：用于对三维电动位移台的安装以及对三维电动位移台和样品的密封；位于显微成像系统的左下侧，固定在光学平台上；

真空腔体密封盖板：用于对真空腔体的密封；位于真空腔体上侧；

石英窗口片：用于对真空腔体的密封；位于真空腔体密封盖板中心；

三维电动位移台：用于样品的大范围扫描和研究区域定位；位于真空腔体内部下侧，与位移台控制器连接，位移台控制器与计算机连接；

振镜系统：用于对激光精细扫描，由计算机精确控制扫描范围、扫描步距和扫描速率；安装在真空腔体密封盖板上侧，振镜系统与振镜驱镜器连接，振镜驱动器与计算机连接；

显微物镜：用于聚焦激发样品的激光束，同时也用于收集真空腔或者低温腔内的样品辐射的荧光信号并耦合进单模光纤；悬挂于真空腔体密封盖的下侧，并置于真空腔体内部；

荧光显微镜筒：由竖直方向的激光入射模块和水平方向的荧光收集模块组成，位于显微物镜上侧，固定在显微镜悬臂上，显微镜悬臂固定在光学平板或者封装底座上；

笼式结构光机组件：用于对光学元件的固定和连接；

激光器：将激光器发出的激光耦合进入激光入射模块；位于光学平板或者封装底座上；

单模光纤：用于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：实现对荧光信号的分束；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：实现对入射激光的反射，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，同时实现对样品辐射荧光的透射，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下侧，固定在显微镜悬臂上侧底部；

单光子探测器：实现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：实现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：实现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；

计算机：实现对三维电动位移台的控制；实现对单光子探测器探测到的光子计数进行实时显示、记录以及分析；实现对符合仪探测结果的数据处理，用于分析荧光光源的单光子性。

2.根据权利要求1所述的一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：所述三维电动位移台选用最低温度4K的低温兼容的三维电动位移台。

3.根据权利要求1所述的一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：所述真空腔体上表面有沟槽，沟槽用于放置密封橡胶圈，真空腔体通过密封胶圈和真空腔体密封盖密封；真空腔体上侧边沿有下凹的定位孔，定位孔用于装配真空腔体密封盖时定位；真空腔体密封盖上有通光孔，通过石英窗口片和密封胶圈密封，石英窗口片用于透过腔外的激光束和腔内的荧光信号；真空腔体密封盖上侧的通光孔周边有内螺纹接口，内螺纹接口内部可以放置卡环，卡环用于固定石英窗口片。

4.根据权利要求1或3所述的基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：真空腔体密封盖上侧有多个螺纹孔，真空腔体密封盖上侧的螺纹孔用于固定振镜系统；真空腔体密封盖上侧有定位孔，用于装配真空腔体密封盖时定位；真空腔体密封盖下侧有下凸的定位孔，用于装配真空腔体密封盖时定位。

5.根据权利要求1或3所述的基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：所述真空腔体密封盖下侧有多个螺纹孔，真空腔体密封盖下侧的螺纹孔用于固定安装板，安装板上有笼式装配支杆，笼式装配支杆上有笼式安装板，笼式安装板上固定有显微物镜，通过调节笼式安装板相对笼式装配支杆的相对位置来调节显微物镜的高度。

6.根据权利要求1所述的一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：所述显微物镜悬挂在真空腔体密封盖下侧，即显微物镜置于真空腔体内部，使用大数值孔径NA＝0.9和短工作距离，最短1毫米的显微物镜。

7.根据权利要求1所述的一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：位于真空腔体上侧的振镜系统通过控制电缆与振镜驱动器连接，振镜驱动器通过USB线与计算机连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：所述荧光显微镜筒由竖直方向的激光入射模块和水平方向的荧光收集模块组成，二者相互垂直，能独立调节；激光器发射的激光由单模光纤耦合进激光入射模块，经二向色镜反射到XY二维扫描振镜上，再由镜振镜反射到显微物镜尾端，入射激光经显微物镜聚焦到真空腔或低温腔内的样品上；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。

9.根据权利要求1所述的基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：所述激光入射模块由单模光纤、光纤转接件、XY二维平移调节架、非球面透镜、Z轴平移安装座、笼式装配支杆、二维光学调整架、笼式结构转接件等装配而成；单模光纤与光纤转接件连接，光纤转接件是固定在XY二维平移调节架上的，非球面透镜固定在Z轴平移安装座上；XY二维平移调节架、Z轴平移安装座、二维光学调整架通过笼式装配支杆连接和固定；入射激光通过单模光纤耦合进显微成像系统，入射激光的入射方向和空间位置可通过XY二维平移调节架和二维光学调整架进行调节，入射激光的束腰位置和大小通过Z轴平移安装座进行调节。

10.根据权利要求1所述的基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：所述荧光收集模块由二维光学调整架、笼式装配支杆、Z轴平移安装座、消色差非球面透镜、XY二维平移调节架、光纤转接件、单模光纤、笼式结构转接件装配而成。

11.根据权利要求1所述的一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：所述荧光显微镜筒位于真空腔体外部。

12.根据权利要求1所述的一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：所述荧光显微镜筒固定在显微镜悬臂上。

13.根据权利要求1所述的一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：所述荧光显微镜筒的下侧有成像CCD，成像CCD固定在显微镜悬臂上成像CCD上侧有可选的反射镜。

14.根据权利要求1所述的一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，其特征在于：所述荧光收集模块尾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通过BNC连接线与脉冲计数器信号输入端口连接，脉冲计数器通过USB连接线与计算机连接，用于实时探测和显示真空腔或低温腔内荧光强度。

15.根据权利要求1所述的一种基于笼式结构的真空腔内共聚焦显微成像系统，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连接线与计算机连接，用于测量和分析真空腔内或低温腔内的单光子源的性质。

Images