JP2556338B2 - 素粒子時間相関測定装置 - Google Patents

素粒子時間相関測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光子、中性子などの素粒子の時間相関を測
定する素粒子時間相関測定装置に関する。
〔従来の技術〕 従来、被測定光を光子として検出して光子の時間相関
を測定する光子相関測定装置が知られている。
第7図は光子相関測定の原理図であり、第7図を参照
すると、光子は半透明鏡71で分割され、検出器72,73に
入射する。検出器72,73における時間的なパラメータを
変化させることににより光子の時間相関が相関計74によ
って測定されるようになっている。検出器72,73は、光
電子増倍管あるいは半導体検出器などである。
第7図において、半透明鏡71から検出器72,73までの
距離をそれぞれl1,l2とすると、検出器72,73に到達す
る時間差τは、 τ=(l1−l2)/c ……(1) となり、検出器72,73における同時検出確率を測定する
ことにより時間τだけ隔てた光子の時間相関を測定する
ことができる。
また第8図は1つの検出器すなわち光電子増倍管80を
用いて時間相関測定を行なう装置の構成図であり、減光
フィルタ82,ピンホール81を通った光子を光電子増倍管
の検出器80で検出し、検出後の信号線を分割し、一方を
遅延させて相関計83により時間相関を求めることができ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、上述のような従来の相関測定装置では、検
出器72,73あるいは検出器80に相関の求められるべき光
子を直接にすなわち時間的に順次に入射させていたの
で、サブナノ秒程度の短時間差の相関を得るためには、
検出器72,73あるいは検出器80,相関計74あるいは相関計
83が高速応答し良好な時間分解能をもつ必要があった。
しかしながら、検出器72,73あるいは検出器80には光電
子増倍管、半導体検出器などが用いられているので現時
点では応答速度を10ピコ秒以下にすることができず、ま
た相関計74あるいは相関計83を構成する回路を高速応答
させるには限度がある。
従って、従来の時間相関測定装置では、短時間差の時
間相関を高時間分解能で得るには限界があるという問題
があった。
本発明は、サブピコ秒程度の短時間差の時間相関を高
時間分解能で得ることの可能な素粒子時間相関測定装置
を提供することを目的としている。
本発明はさらに、処理系の構造が簡単な素粒子時間相
関測定装置を提供することを目的としている。
本発明はさらには、異なる時間差の時間相関を順次に
測定することの可能な素粒子時間相関測定装置を提供す
ることを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、互いに異なる方向に素粒子または素粒子像
を掃引する掃引手段と、掃引された素粒子または素粒子
像を複数の開口により抽出する抽出手段と、複数の開口
により抽出された素粒子または素粒子像をそれぞれ増倍
し出力する増倍手段と、増倍手段からの各出力信号に基
づき相関演算を行なう相関手段とを備え、前記複数の開
口は、互いに間隔が所定の方向に変化していることを特
徴とする素粒子時間相関測定装置によって、上記従来技
術の問題点を改善するものである。
〔作用〕
本発明では、掃引手段によって素粒子または素粒子像
を互いに異なる方向、例えば水平方向、垂直方向に掃引
する。素粒子または素粒子像を例えば垂直方向に掃引す
ることにより、複数の開口からは掃引速度と開口間の間
隔とで定まる時間差で素粒子または素粒子像が抽出さ
れ、これらの素粒子または素粒子像は増倍手段で各々増
倍される。増倍手段からの各出力信号に基づき相関手段
で時間相関を測定する。ところで本発明では、複数の開
口間の間隔が所定方向、例えば水平方向に沿って変化す
るような構成となっているので、掃引手段により素粒子
または素粒子像を例えば水平方向にも掃引すれば、順次
に異なる時間差の時間相関を測定することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明に係る素粒子時間相関測定装置の第1
の実施例の構成図である。
第1の実施例の素粒子時間相関測定装置は、光子、中
性子、X線などの素粒子を案内する開口10を有する部材
11と、開口10を通過し結像レンズ系50を通った素粒子が
入射する素粒子−電子変換面12と、素粒子−電子変換面
12からの素粒子像すなわち電子を加速する加速電極13
と、加速された素粒子像を集束させる集束電極14と、素
粒子像を垂直方向に掃引する偏向器15と、素粒子像を水
平方向に掃引する偏向器16と、偏向器15により垂直方向
に掃引された素粒子像を2つの開口17,18により抽出す
る開口部材19と、2つの開口17,18から抽出された素粒
子像をそれぞれ増倍し出力する2つのダイノード群20,2
1と、2つのダイノード群20,21からの出力信号に基づき
相関演算を行なう相関計22とを備えている。
偏向器15,16は、印加電圧により電界を発生するよう
になっている。
開口部材19は、第2図に示すような構造になってお
り、2つの開口17,18は、水平方向位置xが大きくなる
につれて、間隔y(x)(mm)が徐々に大きくなるよう
に設けられている。
また相関計22は、2つのダイノード群20,21からの出
力信号をそれぞれ増幅する増幅器23,24と、増幅器23,24
からの出力信号を波高弁別し、かつ波形整形する弁別整
形器25,26と、弁別整形された2つの信号の論理積をと
って相関を求める論理積回路27と、論理積回路27からの
相関結果を計数し蓄積するカウンタ28とからなってい
る。
このような構成の素粒子時間相関測定装置では、例え
ば光子が開口10を通過し結像レンズ系50によって素粒子
−電子変換面12に結像すると素粒子−電子交換面12から
は電子が放出され、加速電極13,集束電極14を介して偏
向器15,16を通過し、開口部材19上に入射する。開口部
材19の水平方向位置x=“0"のところに電子が最初に入
射するよう偏向器16を初期設定すると、偏向器15によっ
て垂直方向に掃引された電子は、2つの開口17,18の間
隔が最も狭くなるところy(0)(mm)で2つの開口1
7,18を通過する。偏向器16に加わる印加電圧を徐々に変
化させ、電子の水平方向の入射位置xを順次にシフトす
ると、その都度偏向器15により垂直方向に掃引された電
子は、2つの開口17,18の間隔y(x)(mm)に比例す
る時間差で2つのダイノード群20,21を介して相関計22
に加わることになる。いま偏向器15の掃引速度を開口部
材19上でVs(mm/ピコ秒)とすると、2つの開口17,18
を通過する電子の時間差τは、 τ=y(X)/Vs ……(2) となるため、偏向器16で水平方向位置xを順次にシフト
することにより、相関計22において異なる時間差τにつ
いての時間相関を順次に得ることができる。
なお相関計22において論理積回路27は、弁別整形器2
5,26からの出力信号が同時に加わったときにのみハイレ
ベルの出力結果を出力し、これがカウンタ28により計数
され相関結果となる。またカウンタ28としてマルチチャ
ンネルカウンタを用い、偏向器16の水平方向位置xへの
シフト動作に同期させて、マルチチャンネルカウンタを
走査すると効率が良い。第3図はこのようにしてマルチ
チャンネルカウンタに蓄積された相関結果を示す図であ
る。第3図において各チャンネルは、時間差τに対応し
ている。
このように、第1の実施例の素粒子時間相関測定装置
によれば、時間的に順次に入射する素粒子を素粒子像す
なわち電子に変換し偏向器15で垂直方向に掃引した上で
2つの開口17,18により抽出された電子間の相関を測定
しているので、時間相関を行なうための時間差は偏向器
15の掃引速度と開口17,18間の間隔とで定まり、ダイノ
ード群20,21および相関計22の応答速度が差程早くなく
差程の時間分解能をもたずとも、サブピコ秒程度の短時
間差の時間相関を高時間分解能で測定することができ
る。
また偏向器16により水平方向に掃引し電子の抽出され
る開口17,18間の間隔y(x)(mm)を順次に変化させ
ることにより、サブピコ秒程度の短時間差の時間相関か
ら長時間差の時間相関までをも連続して高時間分解能で
測定できる。
さらに2つの開口17,18からの出力信号の相関だけを
求めれば良いので処理系の構造を簡単にすることができ
る。
第4図は本発明に係る素粒子時間相関測定装置の第2
の実施例の構成図である。なお第4図において第1図と
対応した箇所には同じ符号を付して説明を省略する。
第2の実施例の素粒子時間相関測定装置の相関計30で
は、一方のダイノード群例えば21で増倍された出力信号
を増幅器24,弁別整形器26を介して可変遅延器31に加
え、可変遅延器31でさらに所定時間遅延させて、論理積
回路27に加えている。可変遅延器31は、例えばシフトレ
ジスタからなり、信号発生器32からの信号で定まる偏向
器15の掃引周期に設定カウント数を乗じた分だけ弁別整
形器26からの出力信号をさらに遅延させるようになって
いる。
このような構成では、例えば偏向器15の掃引周期を10
ナノ秒、可変遅延器31の設定カウント数を“3"とする
と、弁別整形器26からの出力信号は、さらに30ナノ秒遅
れるため、2つの出力信号は、(30+τ)ナノ秒の時間
差で論理積回路27に加わることになる。ここでτは、掃
引速度と開口17,18間の間隔とで定まる時間差である。
このようにして、第2の実施例では、より長時間の時
間相関をも測定することができる。
上述の第1および第2の実施例では、水平方向へのシ
フトを偏向器16によって行なったが、偏向器16を設ける
かわりに、第5図に示すようにミラー35を設け、ミラー
35を軸線A−Aに対し垂直方向にすなわち紙面に対し垂
直方向に移動させることによって行なっても良い。ある
いは、ミラー35と部材11との間にfθレンズ(エフシー
タレンズ)をさらに設け、ミラー35を軸線A−Aを中心
に回転させることによって行なっても良い。すなわちミ
ラー35を軸線A−Aを中心に回転させるようにした場合
にfθレンズがないと部材11の開口10を通過する素粒子
量がミラー35の角度によって変わるため望ましくない
が、fθレンズを設けることによりミラー35を回転させ
ても開口を通過する素粒子量に変動を生じさせないよう
にすることができる。
また上述の実施例では素粒子−電子変換面12の前段に
開口10を有する部材11を設けたが、加速電極13に開口を
設ければ部材11は不要となり、加速電極の開口率による
効率の低下がおこらない。
さらに、例えば第1図を参照すると、増倍手段として
の複数のダイノード群20,21は、偏向器15,16,開口部材1
9とともに1つの管内に収容されているが、第6図のよ
うに開口部材19の後段に螢光面36を設け、螢光面36の後
段に、開口17,18と対応させて光電子増倍管37,38を設け
ても良い。このような構成では、2つの開口17,18を通
過した電子は螢光面36上に入射し、光に変換されて光電
子増倍管37,38で出力信号に変換されて相関計22,30に加
わる。
また第2図において、開口17は水平方向に長さ方向が
一致したスリットとなっているが、この長さ方向を水平
方向と一致させずとも良い。
さらに電子の掃引が水平方向、垂直方向に行なわれる
として説明したが、互いに異なる方向であれば良く、水
平方向、垂直方向に限定されない。
またX線の相関を求めるのには、素粒子−電子変換面
12にAu,CsI等を用いるのが良く、中性子の相関を求め
るのには、素粒子−電子変換面12にU23,U38等を用
いるのが良い。
さらに上述の実施例では、素粒子を素粒子−電子変換
面12によって素粒子像に変換した後、偏向器15,16で掃
引するようにしているが、このかわりに、電気光学結晶
を用いてこれに加わる電圧による屈折率変化によって光
子を直接掃引するようにしても良い。また偏向器15,16
は、磁界を発生するものでも良い。
〔発明の効果〕
以上に説明したように、本発明によれば、互いに異な
る方向に素粒子または素粒子像を掃引し、掃引された素
粒子または素粒子像を間隔が互いに所定方向に変化して
いる複数の開口により抽出し、相関演算を行なうように
しているので、サブピコ秒程度の短時間差の時間相関を
高時間分解能で得ることができるとともに、処理系が簡
単な構造で済み、さらには異なる時間差の時間相関を順
次に連続して測定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る素粒子時間相関測定装置の第1の
実施例の構成図、第2図は第1図に示す開口部材の構成
図、第3図は相関結果を示す図、第4図は本発明に係る
素粒子時間相関測定装置の第2の実施例の構成図、第5
図、第6図はそれぞれ本発明の素粒子時間相関測定装置
の変形例を示す図、第7図、第8図はそれぞれ従来の素
粒子時間相関測定装置の構成図である。 12……素粒子−電子変換面、15,16……偏向器、17,18…
…開口、19……開口部材、20,21……ダイノード群、22,
30……相関計、31……可変遅延器、35……ミラー、36…
…螢光面、37,38……光電子増倍管
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01J 43/04 H01J 43/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】素粒子を直接掃引するときには該素粒子を
    互いに異なる方向に掃引し、また、素粒子を素粒子−電
    子変換面に入射させる場合には、素粒子が素粒子−電子
    変換面に入射することにより素粒子−電子変換面から放
    出される電子を互いに異なる方向に掃引する掃引手段
    と、掃引された素粒子または電子を複数の開口により抽
    出する抽出手段と、複数の開口により抽出された素粒子
    または電子をそれぞれ増倍し出力する増倍手段と、増倍
    手段からの各出力信号に基づき相関演算を行なう相関手
    段とを備え、前記複数の開口は、互いに間隔が所定の方
    向に変化していることを特徴とする素粒子時間相関測定
    装置。
  2. 【請求項2】前記掃引手段は、互いに異なる方向に素粒
    子または電子を掃引する2つの偏向器からなることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項に記載の素粒子時間相関
    測定装置。
  3. 【請求項3】前記掃引手段は、一方の方向の掃引用のミ
    ラーと、他方の方向の掃引用の偏向器とからなることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の素粒子時間相
    関測定装置。
  4. 【請求項4】前記相関手段は、複数の増倍手段からの出
    力信号のいずれかを可変的に遅延させる可変遅延器を備
    えていることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
    の素粒子時間相関測定装置。
JP23536687A 1987-09-18 1987-09-18 素粒子時間相関測定装置 Expired - Lifetime JP2556338B2 (ja)

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US07/246,106 US4967080A (en) 1987-09-18 1988-09-19 Apparatus for measuring the temporal correlation of fundamental particles
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US07/578,221 US5124551A (en) 1987-09-18 1990-09-06 Apparatus for measuring the temporal correlation of fundamental particles

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
田幸、辻内、南編「光学的測定ハンドブック」(昭56−7−25)朝倉書店、P.282−289

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