Устройство для голографирования в пузырьковых камерах

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОЛОГРАФИРОВАНИЯ В ПУЗЫРЬКОВЫХ КАМЕРАХ, содержащее лазер, оптически связанные с лазером систему формирования опорного пучка и систему формирования предметного пучка, котордя через пузырьковую камеру связана с регистрирующим прибором , отличаю щ-е е с я тем, что, с целью улучшения качества восстановленного с голограммы изображения , в устройство дополнительно введены оптическая линия задержки света , два электрооптических кристал.па. поляризационная призма, фазосдвигающий элемент, электронный блок задержки и полупрозрачные зеркала, причем первые два полупрозрачных зеркала расположены последовательно по ходу основного луча лазера под углом к его оси перед оптической системой формирования предметного пучка, оптическая линия задержки света размещена по ходу луча лазера, отраженного от первого полупрозрачного зеркалами оптически связана через второе полупрозрачное зеркало с оптической системой формирования предметного пучка, после второго полупрозрачного зеркала и перед системой формирования опорного пучка последовательно рассл положены первый электрооптический кристалл, поляризационная призма для разделения пучка, в одном из которых расположен фазосдвигающий элемент , система сведения пучков, состоящая из отражающего зеркала и третьего полупрозрачного зеркала, и 4 второй электрооптический кристалл, причем электрооптические кристаллы через электронный блок задержки о ;о связаны ,с лазером.

СОЮЗ СОЭЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3633984/24-25 (22) 12.08.83 (46) 15.02.85. Бюл. N - 6 (72) Е.А.Паршин, А.В.Плескач и И.P.ßêóáoâ (53) 772.99(088.8) (56) Herve A. etal. Nuclear instruments and methods in physics research

v. 202, N - 3, 1982, р. 417-426.2 . Seku1 in R.L ° Holography with

holebs in European hybrid spectrometer worckshop on holography and .high-resolutional techniques. Strasbourg, 1981, р 75 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО ПЛЯ ГОЛОГРАФИРОВАНИЯ В ПУЗЫРЬКОВЫХ КАМЕРАХ, содержащее лазер, оптически связанные с лазером систему формирования опорного пучка и систему формирования предметного пучка, которая через пузырьковую камеру связана с регистрирующим прибором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества восстановленного с голограммы изображения, в устройство дополнительно введены оптическая линия задержки света, два электрооптических кристалла, 4(5ц С 03 H 1/00 G 01 Т 5/06 поляриз ационная призма, фаз осдвигающий элемент, электронный блок задержки и полупрозрачные зеркала, причем первые два полупрозрачных зеркала расположены последовательно по ходу основного луча лазера под углом к его оси перед оптической системой формирования предметного пучка, оптическая линия задержки света размещена по ходу луча лазера, отраженного от первого полупрозрачного зеркала и опI тически связана через второе.полупрозрачное зеркало с оптической системой формирования предметного пучка, после второго полупрозрачного зеркала и перед системой формирования опорного пучка последовательно расположены первый электрооптический кристалл, поляризационная призма для разделения пучка, в одном из которых расположен фазосдвигающий элемент, система сведения пучков, состоящая иэ отражающего зеркала и третьего полупрозрачного зеркала, и второй электрооптический кристалл, причем электрооптические кристаллы через электронный блок задержки связаны,с лазером.

1! 40091

Изобретение относится к исследованию свойств элементарных частиц с помощью пузырьковых камер, а более конкретно к устройствам снятия информации в камерах, и может быть пр11менено для других случаев голографн рования изменяющихся по форме или движущихся объектов через искажаю-. щие турбулентные среды.

В настоящее время в физике высо- 10 ких энергий для исследования свойств элементарных частиц все большее распространение получают быстроциклирующие камеры с голографическим съемом информации.

Известно устройство для съема голографической информации с пузырьковых камер, содержащее лазер, систему линз, пузырьковую камеру и регистрирующий прибор (1) .

Однако влияние искажений, вносимых термическими турбулентностями и локальными неоднородностями оптических элементов устройства съема информации, ухудшает качество восстанавли-25 ваемого с голограмм изображения, создавая трудности при обработке получаемой информации.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для голографиро30 вания в пузырьковых камерах, содержащее лазер, оптически связанные с лазером систему формирования опорного пучка и систему формирования предметного пучка, последняя через пузырьковую камеру связана с регистрирующим прибором. Оптическая система формирования предметного пучка состоит иэ системы линз, увеличивающей геометрические размеры луча, света 40 лазера до величины, необходимой для голографирования пузырьковой камеры. Оптическая система формирования опорного пучка состоит из системы двух полупрозрачных и двух непрозрач-45 ных зеркал, направляющих часть света предметного пучка на регистрирующий прибор, минуя рабочий объем пузырьковой камеры. Луч света от лазера проходит оптические системы формиро- 50 вания опорного и предметного пучков.

Затем предметный пучок зеркалом направляется на пузырьковую камеру.

При прохождении предметного пучка света через экспонируемый объем ка- . 55 меры свет рассеивается на пузырьках, образующих треки элементарных частиц„ янтерферирует со светом опорного пучка, прошедшего на регистрирую щий прибор минуя камеру, и образует голограмму на фотопленке в регистрирующем приборе (2). .Однако проходящий через камеру предметный пучок света в значительной мере искажается из-эа флуктуаций коэффициента преломления рабочей жидкости, вызываемых термическими турбулентностями. Другой причиной искажений являются локальные неоднородности оптических элементов устройства (свили, пузырьки в стекле, пылинки и т.п.). Влияние "паразитных" искажений проходящего света проявляется при восстановлении голограмм в виде уменьшения контрастности изображения пузырьков и появления значительной неоднородности фона полученного изображения. Следствием этого является снижение разрешения пузырьков в треке, ухудшение точности восстановления событий в пузырьковой камере и трудности при обработке полученной информации на автоматических измерительных приборах. Вышеперечисленные эффекты не дают возможность получить высококачественные изображения, восстановленные с голограмм.

Цель изобретения — улучшение качества восстановленного с голограмм изображения рабочего объема пузырьковой камеры путем повышения контрастности пузырьков и улучшения однородности фона изображения, восстановленного с голограммы.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для голографирования в пузырьковых камерах, содержащее лазер, оптически связанные с лазером систему формирования опорного пучка и систему формирования предметного пучка, которая через пузырьковую камеру связана с регистрирующим прибо-. ром, дополнительно введены оптическая линия задержки света, два электрооптических кристалла, поляризационная призма, фазосдвигающий элемент, электронный блок задержки и полупрозрачные зеркала, причем первые два полупрозрачных зеркала расположены последовательно по ходу ос-. новного луча лазера под углом к его оси перед оптической системой формирования предметного пучка, оптическая линия задержки света размещена по ходу луча лазера, отраженного

11400 от первого полупрозрачного зеркала, и оптически связана через второе полупрозрачное зеркало с оптической системой формирования предметного пучка, после второго полупрозрачно го зеркала и перед системой формирования опорного пучка последовательно расположены первый электрооптический кристалл, поляризационная призма для разделения пучка, в од- 1ð ном из которых расположен фазосдвигающий элемент система сведения пучт ков, состоящая. из отражающего зеркала и третьего полупрозрачного зеркала, и второй электрооптический кристалл, причем электрооптические кристаллы через электронный блок задержки связаны с лазером.

Работа устройства основана на сочетании методов.двухэкспозиционной голографической интерферометрии и !

"голографического вычитания изображений, В голографической интерферометрии осуществляется интерференция

ВОлн прОхОдящих пО ОднОму и тОму же я5 йути, но в разные моменты времени.

;Вид интерференционной картины обус ловлен лишь изменениями, которые произошли с объектом за время между первой и второй экспозициями (либо во время одной из экспозиций) . Голография позволяет зафиксировать световую волну и восстановить ее копию в лю бой нужный момент времени и поэтому голографическая интерферометрия в от35 личие от обычной не связана с требованием одновременности формирования волн. Введение сдвига фазы одного из о опорных пучков на 180 позволяет получить равномерный фон восстановлен40 ного изображения, так как в этом слу-!! чае происходит так называемое голографическое вычитание" изображений, когда области объекта не изменившие2 ся между экспозициями, при восстанов45 лении исчезают и видны только те области, которые определенным образом изменились.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для гологра50 фирования в пузырьковых камерах.

Устройство содержит последовательно расположенные лазер (источник когерентного излучения) 1, два полупрозрачных зеркала 2 и 3, оптичес- 55 кую систему формирования предметного пучка 4, пузырьковую камеру 5, заполненную рабочей жидкостью 6> непрозрач91 4 ное зеркало 7, регистрирующий прибор (голографическую камеру) 8..По ходу луча, отраженного от первого полупрозрачного зеркала 2, размещена оптическая линия задержки света 9, ко; торая оптически связана с полупрозрачным зеркалом 3.

В свою очередь полупрозрачное зеркало 3 оптически связано с одной стороны с оптической системой формирования предметного пучка 4, а с другой стороны с последовательно распо-ложенными электрооптическим кристаллом (например, ячейкой Поккельса)

10, поляризационной призмой 11, непрозрачным зеркалом 12,фазосдвигающим элементом (полуволновой пластинкой) 13, полупрозрачным зеркалом 14, электрооптическим кристаллом (ячейкой

Поккельса) 15, оптической системой формирования опорного пучка 16 и регистрирующим прибором 8. Кроме того, оптически связаны также и поляризационная призма 11, непрозрачное зеркало 17, полупрозрачное зеркало 14 и оптическая система формирования опорного пучка 16.

Злектрооптические кристаллы 10 и

15 электрически связаны через электронный блок задержки 18 с лазером 1.

Оптическую линию задержки 9 можно выполнить в виде системы зеркал, например двух плоских и одного сферического, которая позволяет плавно осуществлять любые временные задержки (от нескольких наносекунд вплоть до нескольких микросекунд) °

Устройство работает следующим образом.

Импульс плоскополяризованного света от лазера 1 делится первьм полупрозрачным зеркалом 2 на две части.

Часть света, которая проходит сквозь полупрозрачные зеркала 2 и 3 (первый предметный пучок), попадает на вход оптической системы формирования предметного пучка 4, увеличивающей размеры луча света до размеров голографируемого объекта. Далее этот свет, проходя через объем пузырьковой камеры 5, искажается из-за флуктуа ций коэффициента преломления, обус- . ловленных термическими турбулентнос.- тями, и частично рассеивается на пу зырьках в рабочей жидкости 6. Кроме того, эта часть света несет в себе информацию о локальных неоднородностях оптических элементов, входящих в устройство. Затем этот световой поток

1140091

10 зеркалом 7 направляется на регистрирующий прибор 8.

Одновременно с этим часть света проходит сквозь полупрозрачное зеркало 2, отражается полупрозрачным зер-5 калом 3 (первый. опорный пучок) и направляется на электрооптический кристалл 10, который (как и электрооптический кристалл 15) обладает свойством поворачивать плоскость поляризации падающего плоскополяризованного света лазера 1 на 90, ес0 ли к нему приложено электрическое напряжение., Далее свет попадает в поляризационную призму 11, которая 15 обладает свойством пропускать свет, если ее плоскость поляризации совпадает с плоскостью поляризации падающего света и отражает весь свет в сторону, если эти плоскости поля- 20 ризации взаимно перпендикулярны.

В предлагаемом устройстве плоскость поляризации поляризационной призмы

11 выставляется параллельно плоскости поляризации падающего света 2 лазера 1. В первоначальный момент на электрооптические кристаллы 10 и 15 не подается электрическое напряжение и, следовательно, свет лазера 1 после электрооптического 30 кристалла 10 проходит сквозь поляризационную призму 11, отражается зеркалом 17, проходит сквозь полупрозрачное зеркало 14, электрооптический кристалл 15 и после опти- З ческой системы формирования опорного пучка 16 попадает на регистрирующий прибор 8 одновременно с первым предметным пучком света, прошедшим через пузырьковую камеру 5. Интерференция этих двух пучков света (предметного и опорного) образует на фотопленке регистрирующего прибора первую голограмму,.в которой фиксиуется изображение объекта голографй-45 рования и все "паразитные" искажения прошедшего через объект света.

Другая часть светового импульса лазера 1, отраженная полупрозрачным зеркалом 2, направляется на вход 0 оптической линии задержки света 9, . которая создает определенную (заранее заданную) задержку во времени относительно света, прошедшего сквозь полупрозрачные зеркала 2 и 3 . Полу- 55 прозрачное зеркало 2 отражает определенную часть задержанного светового импульса на оптическую систему формирования предметного пучка 4, после которой пучок света, увеличившись до необходимых размеров, проходит пузырьковую камеру 5 с рабочей жид; .костью 6 и, вобрав в себя информацию о голографируемом объекте, образует второй предметный пучок (для получения второй голограммы), который зеркалом 7 направляется на регистрирующий прибор 8.

Второй опорный пучок формируется из части света, прошедшей после оптической линии задержки света 9 .сквозь полупрозрачное зеркало 3 ° Этот свет попадает на электрооптический кристалл 10, на который в этот мо мент с электронного. блока задержки

18 подается электрическое напряжение и в этом случае электрооптический кристалл 10 поворачивает плоскость поляризации падающего на него света на

90 . Таким образом, поляризационная призма 11 становится теперь. непрозрач ной для падающего света, так как их плоскости поляризации взаимно перпендикулярны, и, следовательно, она играет роль зеркала, отражающего свет на непрозрачное зеркало 12. Далее свет проходит фазосдвигающнй элемент 13, где претерпевает сдвиг по фазе на

180 по отношению к свету первого опорного пучка. Отразившись от полупрозрачного зеркала 14, свет попадает

:в электрооптический кристалл 15, на который в этот момент также подается электрическое напряжение с элект- ронного блока задержки 18. В результате этого плоскость поляризации света восстанавливается, т.е. становится параллельной плоскости поляризации света предметного пучка (это необходимо для того, чтобы предметный и

t опорный пучки света могли интерферировать). Затем свет попадает в оптическую систему формирования опорного пучка 16 и вместе со светом второго предметного пучка образует вторую голограмму на .фотопленке регистрирующего прибора 8, причем на том же самом кадре, где уже находится первая голограмма, образованная той частью вета, которая прошла сквозь полуозрачное зеркало 2. Таким образом на регистрирующем приборе 8 на один и тот же участок фотопленки последовательно записываются две голограммы объекта, но со сдвигом фазы одного из опорных пучо ков между экспозициями на 180

7 114009

При восстановлении такой "двойной" голограммы видны только те области, которые претерпели определенные изменения между экспозициями, а области объекта, не изменившиеся между экспо- зициями, при восстановлении взаимно погашают друг друга и образуют однородный фон изображения, т.е. реализуется метод голографического вычитания". !О

Схема устройства построена таким образом, чтобы обеспечить минимальные отличие оптических путей света во время первой и второй экспозицйй.

Начиная от полупрозрачного зеркала 15

3 (где происходит разделение света на предметный и опорный пучки), пути обоих предметных пучков полностью идентичны. Опорные пучки проходят пути одинаковой длины, в основном, 20 через одни и те же оптические элементы, и отличие этих путей состоит в том, что они отражаются от различных непрозрачных зеркал 12 и 17, кото— рые имеют небольшие размеры и их не- 2 трудно изготовить с достаточной точностью, с тем, чтобы отличные формы этих зеркал не искажали дополнительно фазовой микроструктуры света опорного пучка. 30

Интервал времени между двумя последовательными экспозициями выбирается исходя из условия, что регистрирующий объект должен при этом сдвинуться или измениться в разме рах на величину /8, т.е. порядка

О, 1 10 м (где Ъ вЂ” длина волны падающего света) согласно теории голографической интерферометрии. В данном случае такими объектами являются 4О пузырьки пара в рабочей жидкости камеры, образующие треки элементарных частиц. Скорость роста пузырьков в жидкостях, используемых в камере колеблется от 0,2 м/с (водород) до 4

3,2 м/с (фреон) для пузырьков размером около 10 м. Следовательно, для

-9 того, чтобы пузырьки увеличились в размерах (т.е. изменились) на необходимую величину (70,1 10 м), опти-6 ческая линия задержки света 9 должна обеспечить сдвиг во времени части

8 светового импульса лазера 1, отразившейся от полупрозрачного зеркала 2, по отношению к части света лазера 1; прошедшей сквозь полупрозрачное зеркало 2, на (30-500) х 10 с (в зависимости от типа рабочей жидкости, используемой в пузырьковой камере).

Основной источник неоднородности фона изображения — термические турбуЛентности, имеют характерное времяизмерения своей конфигурации около

10 с, что на 3-4 порядка больше времени между экспозициями и, следовательно, изменение турбулентностей за это время мало и не влияет на достигаемую с помощью предлагаемого устройства однородность фона изображения.

Использование предлагаемого устройства дает возможность улучшить качество восстанавливаемого с голограмм изображения. Устраняется влияние стабильных локальных неоднородностей оптических элементов и термической турбулентности, увеличивается контрастность изображения пузырь" ков, повышается (примерно в 200 раз) степень однородности фона изображения.В результате этого улучшается разрешение близлежащих пузырьков, а следовательно, и точность восстановления. событий в.пузырьковой камере. !

Упрощается обработка голографической информации с помощью автоматичес" ких устройств, работающих в линию с

3ВМ. Частота циклирования камеры не будет столь сильно влиять на качество изображения, как это имеет место при .обычном голографировании.

Устройство применимо в любом известном варианте двухлучевых схем голографирования (афокальной, сфокусированных изображений и т.д.), оно позволяет при необходимости выравнивать оптические пути опорного и предметного пучков и изменять угол между ними.

Применение устройства позволяет улучшить технические характеристики пузырьковой камеры как физического прибора.

1140091

Составитель В.Аджалов

Редактор В.Ковтун Техред М.Гергель Корректор И.Муска

Заказ 260/36 Тираж 448. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4