Голографический вершинный детектор Советский патент 1986 года по МПК G01T5/06 G03H5/00 

1 Изобретение отиоситсн к области ядерной физики и предназначено для щплзедония физического эксперимента по изучению элементарных частиц и явлений релятивистской ядерной фи зики на осиове фоторегистрации след заряженных члстиц,Известен вершинньй детектор на о ноне прецизионных следовых камер, предназначенный для регистрации еле дов частиц в области вершины акта ; взаимодействия частиц с веществом и обеспечивающий возможность раэрешеи в пространстве объекта фотографирования на уровне 10 мкм и при этом в объеме глубиной порядка 1 дм. Указа ный уровень разрешения при столь значительной глубине фотографируемого объема в этих детекторах достигнут благодаря примеиеиию вместо обычной фотографической регистгяции следов частиц голографичес 1 X систем их регистрации, Однако столё высокий достигнутый уровень разрешения не определяе полностью точность измерения коорди -нат следов частиц, так как существу ют такие источники ошибок, как дефо мация голограммы в момент восстанов ления трехмерной модели зарегистрированных следов относительно ее фор мы в момент регистрации и другие. Наиболее близким по технической сущности к предложенному детектору является голоррафический вершинный детектор, содержащий оптически связанные лазер, оптические системы формирования широкого параллельного светового потока света - расши ритель, собственно детектор следов заряженных частиц - пузырьковую камеру, оптическую систему формирования изображения рабочего объема детектора следов заряженных частиц, афокальную оптическую систему с телецентрическим ходом лучей в , пространствах объекта и изображения а также фотоприемник. В таком вершинном детекторе гфоизводится регис рация сфокусированных изображений следов частиц по схеме Габора, Недостатком этого устройства является потеря -1очност и измерения координат следов частиц, обусловлен пая отклоненном голограммы пр всзсстановлении трехмерной модели нарсгистрированных следов частиц 51 . . от ее формы в момент регистрации и другими источниками искажений, Другим недостатком является большая трудоемкость процедуры просмотра восстановленных по голограмме трехмерной модели следов заряженных частиц с целью поиска и отбора для измерения исследуемьпс событий. Эта трудоемкость обусловлена значительным ограничением на габариты зоны визуального обзора из-за большого уйеличения оптической системы для просмотра, например порядка нескольких мм в диаметре и несколько десятых мм по глубине, в то время как подлежащий просмотру объем составляет 1 дм, т,е, величину в 10 раз большую. Цель изобретения - повышение точности определения координат следов заряженных частиц, уменьшение трудоемкости и улучшение условий просмотра поиска и отбора следов частиц, Цель достигается teM, что в голографический вершинный детектор, содержащий оптически связанные лазер, оптические системы формирования параллельного светового .потока и изображения рабочего объема детектора заряженных частиц, а также фотоприемник, введена оптически сопряженная с ра.бочим объемом детектора трехмерная координатная сетка с размерами, равными или превышающими размеры детектора в сопрягаемых объемах, и с элементарной ячейкой, меньшей или равной по размеру зоне визуального .. обзора восстановленной по голограмме модели следов, причем эта координатная сетка вьшолиена в виде стопки плоскопарал-лельных пластинок из оптического стекла с награвированными на их поверхностях линиями или отрезками линий, а также номерами ячеек трехмерной кооргдинатной сетки. Сущность предложения состоит в том, что в детекторе одновременно с голограммой следов частиц на фотоприемнике регистрируется и голограмма трехмерной координатной сетки, а при восстановлении по голограмме модели следов заряженных частиц одновременно восстанавливается модель и координатной сетки. Если при восстановлении по голограмме модели следов частиц вносятся те или иные искажения , то и в модель координатной сетJ

ки вносятся такие же искажения. Измерение искажений в модели координатно сетки дает возможность внести соот-( ветствующие поправки в измерения координат следов частиц и таким образом, внеся коррекцию, повысить точность измерения координат следов частиц.

В предлагаемом техническом решении трехмерная сетка охватывает весь голографируемый объем и дает возможHoctb коррекции искажений по всему объему,

Введение трехмерной координат-, ной сетки с нумерацией ячеек и с выбором размеров ячеек, меньшими по сравнению с зоной визуального обзора, об легчает задачу просмотра модели следов и дает возможность селективного просмотра только необходимых частей модели, если координаты этих частей известны.

На фиг.1 представлена блок-схема вершинного детектора с габоровской системой регистрации голограммы сфокусированных изображений следов заряженных частиц; на фиг.2 - две проекции трехмерной координатной .сеткиi на фиг.З - блок-схема вершинного детектора с системой регистрации голограммы сфокусированных изображений следов заряженных частиц от разделенных опорного и предметного потоков света.

Представленная на фиг.1 блок-схема вершинного детектора содержит импульсный лазер 1, систему 2 формирования широкого по сечению параллельного потока света, детектор 3 следов заряженных частиц (пузырьковую камеру), систему 4 формирования оптического изображения следов заряженных частиц, фотоприемник (фоторе- гистратор голографических изображений) 5 и трехмерную координатную сетку 6.

Конструктивное взаимное расположение перечисленных основных элементов заявляемого устройства типично для всех схем голографирования прозрачных объектов: в схеме Габора все элементы расположены в линию по пути светового потока от лазера до фотоприемника (лазер, расширитель светового потока, детектор следов заряженных частиц, система формирования изображения рабочего объема детектора следов заряженных частиц, трёхмерная координатная сетка и фр

26105

топриемник), а в схеме Лейта имеет место разделение светового потока на два посредством светоделителей, при этом в одном плече размещен детек5 тор следов заряженных частиц, а в другом - трехмерная координатная сетка.

Система формирования оптического изображения следов заряженных час0 тиц выполнена на основе афокальной i оптической системы с телецентрическим ходом главных лучей в пространствах объекта и изображения, а расположение системы 4, рабочего объе5 ма детектора 3 следов заряженньпс частиц и трехмерной координатной сетки 6 таково, что объем следового детектора 3 является изображением координатной сетки 6, построенным

0 системой 4, и обратно. Ради упрощения построения на фиг.1 система 4 строит изображение объема детектора 3 в масщтабе 1:1, при этом точечные объекты 7 в объеме детектора 3

5 изображаются в виде точечных объектов 8 в объеме трехмерной координатной сетки 6.

Как видно из построения на фиг.2 трехмерная координатная сетка 9 выполнена в виде стопки плоскопарал0

лельных пластинок с награвированными на их поверхностях линиями в двух взаимно перпендикулярных направлениях, образующих узлы пересечения. Гравировка номеров перекрестий координатной сетки ради упрощения построения не показана. | Представленная на фиг.З блоксхема вершинного детектора содержит в дополнение к узлам, представленным на фиг.1, плоские зеркала 10 и 11, светоделительные пластинки 12 и 13 и экран 14.

В устройстве, изображенном на фиг.З, трехмерная сетка размещена в зоне изображения детектора следов частиц, построенного светоделительной пластинкой 13j а афокальная оптическая система строит изображения и детектора 3 следов заряженных частиц и трехмерной координатной сетки 6 в -одном месте перед фотоприемником 5, таким образом на фотоприемнике 5 создается суперпозиция двух ; голограмм: голограммы детектора и голограммы трехмерной координатной сетки. В устройстве, представленном на фиг.3, размеры координатной сетки и размеры голографируемой части детектора следов заряженных частиц на ходятся в соотношении 111, Работа вершинного детектора протекает следующим образом, В момент времени, когда в рабочем объеме детектора следов заряженных частиц сформируются следы, подлежащие регистрации, производится запуск импульсного лазера 1 и рабочий объем детектора 3 следов заряжен ных частиц освечиваетоя коротким импульсом когерентного света с плоским фронтом волновой поверхности. Часть указанного светового потока ., претерпевает рассеяние на точечных объектах 7 в объеме детектора3 пузырьках или стримерах в зависимости от типа детектора следов заряженных частиц, таким образом эти точечные объекты становятся вторичными ис точниками когерентного излучения, но со сферической формой волновой поверхности. Оптическая система 4 ; строит изображения указанных точечных объектов 7 в объеме трехмерной координатной сетки 6 (изображения в виде объектов 8), одновременно формируют параллельный световой поток с плоской волновой поверхностью, про ходящий через указанньй объем коорди натной сетки 6. В сетке 6 возникает интерференция плоской волны и сферических волн от изображений следов объектов 8 и неоднородностей в стопке пластинок с трехмернойкоординатной сеткой 9, в результате чего на фотоприемнике регистрируются голограммы следов -объектов 8 и элементов координатной сетки 9. При восстановлении по полученной таким образом го лограмме модели зарегистрированного объекта в пространстве возникнут освещенные изображения следов частиц и трёхмерной координатной сетки. Аналогичным образом получается голограмма следов заряженных частиц и трехмерной координатной сетки вершинном детекторе, блок-схема котор.ого представлена на фиг.З, Различие состоит только в том, что здесь голограмма трехмерной сетки получается по схема Габора, а голограмма следов заряженных частиц по схеме Лейта. Как видно из построения на фиг.З зеркало 11 имеет небольшой наклон относительно параллельных друг другу зеркала Э и светвделительных пластинок 12 и 13. Е результате этого наклона параллельный световой поток проходит объем детектора 3 следов заряженных частиц, светоделительную пластинку 13 и далее фокусируется передней частью системы 4 на экран 14 и потому не может достигнуть фотоприемника 5. На фотоприемник 5 из объема детектора 3 может попасть только свет от неоднородностей в этом объеме, т.е. от пузырьков или стримеров, точнее сферические световые волны от этих точечных объектов. Параллельный световой поток через трехмерную координатную . сетку 6 свободно проходит на светоделительную пластинку 13 и далее через оптическую систему А попадает на фотоприемник 5 вместе со сферическими волнами от неоднородностей в сетке 6, т.е. от гравировки , на поверхностях стопки плоскопараллельных ,пластинок. Таким образом, ; поверхности фотоприемника 5 достигают плоская волна, прошедшая через сетку 6, и сферические волны от точечных объектов в детекторе 3 и сетке 6. В результате интерференции этих когерентных световых потоков на фотоприемнике регистрируется голограмма следов заряженных частнц по схеме. Лейта (опорный и предметный потоки разделены в этом случае) н трехмерной координатной сетки по схеме Габора (опорный н предметный потоки света проходят по общему пути в этом случае). При освещении полученной образом голограммы опорным световым потоком с плоской волновой поверхностью в пространстве воссоздается трехмерная модель следов заряженных частиц и трехмерной координатной сетки в случае применения как устройства по фиг.1, так н устройства по фиг.З. В предлагаемом устройстве регистрация голограммы следов заряженных частиц совместно с голограммой трехмерной координатной сетки дает возможность внесения корректировки в значения координат следов частиц на основании измерений искажений в изоб; ражении трехмерной кодрдинатной сеткн например, за счет некачественного вы равнивания фотопленки; воспроизведение пространственной модели следов заряженных частиц совместно с трехмерной координатной сеткой по голограмме дает возможность сократить объем сканирования при поиске исследуемых событий, если известны грубые

значения координат этого события по данным координатных детекторов системы селекции собы1 ий,исследуемого THtta.

ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ВЕРШИННЫЙ ДЕТЕКТОР, содержащий оптически связанные: лазер, оптические системы фо мирования параллельного светового потока и изображения рабочего объема детектора,следов заряженных частиц, а также фотоприемник, о т л и чающийся тем, что, с целью повьппения точности определения координат следов заряженных частиц, уменьшения трудоемкости и улучшения условий просмотра - поиска и отбора следов частиц, в него введена оптически сопряженная с рабочим объемом детектора трехмерная координатная сетка с размерами, равными или превышаюпр1ми размеры детектора в сопрягаемых объемах, и с элементарной ячейкой, меньшей или равной по размеру зоне визуального обзора восстановленной по голограмме модели следов, причем координатная сетка выполнена в виде стопки плоскопараллельных пластинок из оптического стекла или прозрачной пластмассы с награвированными на их плоскостях линиями или отрезками линий, а- также номерами ячеек трехмерной координатной сетки.

X X

.S 5