JPH04335140A - Weak-light measuring apparatus - Google Patents

Weak-light measuring apparatus

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JPH04335140A
JPH04335140A JP10717791A JP10717791A JPH04335140A JP H04335140 A JPH04335140 A JP H04335140A JP 10717791 A JP10717791 A JP 10717791A JP 10717791 A JP10717791 A JP 10717791A JP H04335140 A JPH04335140 A JP H04335140A
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JP
Japan
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light
measured
particles
cooling
measuring
Prior art date
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Pending
Application number
JP10717791A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Tsuchiya
裕 土屋
Tsuneyuki Uragami
恒幸 浦上
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain isochrony of time change in space distribution and light intensity in measurement of resonance radiation light from ions, atoms and neutral particles by emitting cleaning light on the particles to be measured which are trapped in the space, cooling the particles, and emitting exciting light on the particles. CONSTITUTION:The ions supplied from an ion gun 14 are sent into the center of a pole trap through a pinhole 13a formed in a cap electrode 12a and held with an electric field. Then, cooling light is emitted. The energy of the cooling light is slightly lower than the intrinsic exciting energy of the ions which are held in the electric field. The ions are cooled to the extremely low temperature. Probe light having the same energy as the intrinsic energy is emitted on the cooled ions. The resonance radiation light generated from the ions are expanded with a lens 15 through a pinhole 13b and received with an imaging device. A slit plate 21 is provided at the input surface side of the imaging device. The radiation light from the particles to be measured through the slit is resolved in time-space and measured.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は微弱光計測装置に係り、
特に詳細には空間中にトラップされた極低温のイオンや
原子のような中性粒子からの共鳴放射光の計測に関する
[Industrial Application Field] The present invention relates to a weak light measuring device.
In particular, it relates to the measurement of resonant radiation from neutral particles such as extremely low temperature ions and atoms trapped in space.

【0002】0002

【従来の技術】イオンや原子の分布を測定する装置とし
て、光子計数型画像計測装置(PIAS)が知られ、例
えば“Journal  of  Imaging  
Technology”,Vol.11,No.5,P
.215〜220(1985)に説明されている。また
、超高感度撮像装置(VIM)を用いる測定技術も知ら
れ、例えば「生体物理」Vol.24,No.4,P.
173〜178(1984)に説明されている。
2. Description of the Related Art A photon counting image measurement system (PIAS) is known as a device for measuring the distribution of ions and atoms.
Technology”, Vol. 11, No. 5, P
.. 215-220 (1985). Furthermore, measurement techniques using ultra-high sensitivity imaging devices (VIM) are also known, such as those described in "Biophysics" Vol. 24, No. 4, P.
173-178 (1984).

【0003】一方、共鳴放射光の光強度測定、光子計数
などの測定技術としては、光電子増倍管(PMT)を用
いる技術が知られ、例えば“Physical  Re
view  Letter”Vol.58,No.3,
P.203〜206(1987)に説明されている。
On the other hand, as a measurement technique for measuring the light intensity of resonance synchrotron radiation and photon counting, a technique using a photomultiplier tube (PMT) is known.
View Letter"Vol.58, No.3,
P. 203-206 (1987).

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術では、下記のような問題点があり、その解決が望まれ
ていた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the above-mentioned prior art has the following problems, and a solution to these problems has been desired.

【0005】まず、前者のPIAS、VIMによる測定
技術では、測定結果の画像化は可能となるが、放射光の
時間分解が困難となる。また、時間域が数ns以下とな
ると、検出器の応答で制限されて測定不能となってしま
う。
First, with the former measurement techniques using PIAS and VIM, it is possible to image the measurement results, but it is difficult to time-resolve the emitted light. Furthermore, if the time range is less than a few ns, it will be limited by the response of the detector and measurement will become impossible.

【0006】また、後者のPMTによる測定技術では、
時間分解能をサブns程度まで上げて測定することが可
能であるが、零次元の検出(ポイント・ディテクション
)方法であるため、画像化は不可能である。
[0006] Furthermore, in the latter measurement technique using PMT,
Although it is possible to measure with the temporal resolution raised to the sub-ns level, imaging is impossible because it is a zero-dimensional detection (point detection) method.

【0007】このように、従来の測定装置では、画像化
による測定か、時間分解計測かの一方しか行なえないた
め、両者の測定を行なおうとすると、2組の装置を用い
るか、装置の付け換えを行なうかの必要があった。しか
し、被測定粒子を空間にトラップして放射光を測定する
ためには、被測定粒子を冷却するための複数本のレーザ
ービームと、1本のプローブビームを、真空容器中に入
射する窓が必要になり、このため2組の装置を併設する
ことは困難である。また、装置の付け換えを行なうので
は、測定データの同時性が失なわれるので、有効なデー
タが得られない。  そこで本発明は、イオンや原子、
中性粒子からの共鳴放射光の測定に際して、それらの空
間分布や光強度の時間的変化の同時性ある測定が可能に
なり、さらには光子統計などが可能な微弱光計測装置を
提供することを目的とする。
[0007] As described above, conventional measurement devices can only perform either imaging measurement or time-resolved measurement, so if you want to perform both measurements, you will need to use two sets of devices or It was necessary to make a change. However, in order to trap the particles to be measured in space and measure the synchrotron radiation, multiple laser beams for cooling the particles to be measured and a window for inputting one probe beam into the vacuum container are required. Therefore, it is difficult to install two sets of devices together. Furthermore, if the device is replaced, the simultaneity of the measurement data will be lost, making it impossible to obtain valid data. Therefore, the present invention focuses on ions, atoms,
When measuring resonance synchrotron radiation from neutral particles, we aim to provide a weak light measurement device that enables simultaneous measurement of their spatial distribution and temporal changes in light intensity, as well as photon statistics. purpose.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる微弱光計
測装置は、複数の被測定粒子を所定の空間位置にトラッ
プするトラップ手段と、被測定粒子の本来の励起エネル
ギーより僅かに低エネルギーのクーリング光を被測定粒
子に照射して冷却する冷却手段と、本来の励起エネルギ
ーと同一エネルギーの励起光を被測定粒子に照射する励
起手段と、励起手段による励起範囲の少なくとも一部に
対応したスリットを有し、このスリットを通過してきた
被測定粒子からの放射光を時間−空間分解して測定する
測定手段。
[Means for Solving the Problems] A weak light measurement device according to the present invention includes a trap means for trapping a plurality of particles to be measured at a predetermined spatial position, and a trap means for trapping a plurality of particles to be measured at a predetermined spatial position, and a trap device having an excitation energy slightly lower than the original excitation energy of the particles to be measured. A cooling means for cooling the measured particles by irradiating them with cooling light, an excitation means for irradiating the measured particles with excitation light having the same energy as the original excitation energy, and a slit corresponding to at least a part of the excitation range by the excitation means. A measurement means for measuring the emitted light from the particles to be measured that has passed through the slit by time-spatial resolution.

【0009】[0009]

【作用】本発明の構成によれば、トラップ手段によって
空間中にトラップされた被測定粒子には、クーリング光
が照射されて冷却され、これに励起光が照射される。こ
のため、被測定粒子から共鳴放射光が放射され、スリッ
トを介して測定手段に入射される。このため、スリット
の範囲における空間分布の測定が可能となり、また測定
手段は時間−空間分解機能を有しているので、時間的変
化についての測定が可能になる。また、分光器を更に設
けるようにすれば、分光分析も同時に可能となる。
According to the structure of the present invention, the particles to be measured trapped in the space by the trap means are cooled by being irradiated with cooling light, and are irradiated with excitation light. Therefore, resonance radiation light is emitted from the particle to be measured and enters the measuring means through the slit. Therefore, it becomes possible to measure the spatial distribution within the range of the slit, and since the measuring means has a time-spatial resolution function, it becomes possible to measure changes over time. Moreover, if a spectrometer is further provided, spectroscopic analysis can be performed at the same time.

【0010】0010

【実施例】具体的な実施例の説明に先立ち、本発明の原
理を簡単に説明する。本発明の装置は、被測定粒子をト
ラップするための装置と、微弱光計測のための装置を一
体化することにより、従来では不可能であった微弱光現
象の空間分布と時間変化の同時測定を可能にした点に特
徴がある。
EXAMPLES Prior to describing specific examples, the principle of the present invention will be briefly explained. By integrating a device for trapping particles to be measured and a device for measuring weak light, the device of the present invention enables simultaneous measurement of the spatial distribution and temporal change of weak light phenomena, which was previously impossible. It is unique in that it makes it possible.

【0011】まず、トラップ装置としては、電磁波トラ
ップ型のものと、レーザートラップ型のものがあり、こ
れらにおいては一般にレーザー冷却法が併用されている
。電場を用いるトラップ装置には、ポール(Paul)
トラップ装置が知られ、例えば「日本物理学会誌」Vo
l.44,No.3,P.195〜200(1989)
や「レーザー研究」Vol.15,No.10,P.7
64〜771(1987)に示されている。実施例の微
弱光計測装置においては、このポールトラップ装置を適
用しているが、後で詳述するペニング(Penning
)トラップ装置(磁場を利用したトラップ装置)などを
用いてもよく、これは例えば“Physics  To
day”Vol.40,No.6,P.34〜40(1
987)に示されている。
First, there are two types of trap devices: an electromagnetic wave trap type and a laser trap type, and in these devices, a laser cooling method is generally used in combination. Trap devices using electric fields include Paul
Trap devices are known, for example, "Journal of the Physical Society of Japan" Vo.
l. 44, No. 3, P. 195-200 (1989)
and “Laser Research” Vol. 15, No. 10, P. 7
64-771 (1987). This pole trap device is applied to the weak light measurement device of the example, but the Pole Trap device is
) trap device (a trap device using a magnetic field) may be used, for example, as described in “Physics To
day” Vol. 40, No. 6, P. 34-40 (1
987).

【0012】一方、撮像装置すなわち微弱光計測装置と
しては、光子計数型ストリーク管を用いることができ、
これは例えば米国特許第4,611,920号や英国特
許第2,131,165号、さらには“SPIE  P
roceedings”Vol.693,P.98〜1
04(1986)や「静電気学会誌」Vol.14,N
o.3,P.202〜211(1990)に示されてい
る。また、後に詳細に説明するように、マスキングをし
たCCDイメージセンサを用いてもよい。
On the other hand, a photon-counting streak tube can be used as the imaging device, that is, the weak light measuring device.
This is the case, for example, in US Pat. No. 4,611,920, British Patent No. 2,131,165, and also in
roceedings"Vol.693, P.98~1
04 (1986) and “Journal of Electrostatics Society” Vol. 14,N
o. 3, P. 202-211 (1990). Furthermore, as will be described in detail later, a masked CCD image sensor may be used.

【0013】このように、トラップ装置と計測装置を一
体化することにより、微弱光であるイオン、原子、中性
粒子からの共鳴放射光を画像化する機能を持たせ、かつ
、ストリークカメラにおけるような掃引を行なうことで
、空間時間分解機能を持たせる。これによって、イオン
、原子、各種粒子の空間分布の計測と、その動的な観測
と、共鳴放出光の時間的変化の計測を行なう。さらに、
単一イオン、原子、粒子からの放射光の光子統計計測や
、複数イオン、原子、粒子からの放射光の相互相関計測
を行なうことができる。さらに、分光器のような波長分
解できるデバイスを組み込むことで、分光計測も可能に
なる。
[0013] By integrating the trap device and the measurement device in this way, it is possible to provide the function of imaging the resonant radiation light from ions, atoms, and neutral particles, which are weak lights, and also By performing a sweep, a space-time resolution function is provided. This allows us to measure the spatial distribution of ions, atoms, and various particles, observe their dynamics, and measure temporal changes in the resonant emitted light. moreover,
Photon statistical measurements of emitted light from a single ion, atom, or particle, and cross-correlation measurements of emitted light from multiple ions, atoms, or particles can be performed. Furthermore, by incorporating a device that can resolve wavelengths, such as a spectrometer, spectroscopic measurements become possible.

【0014】以下、添付図面により、具体的な実施例を
説明する。
Hereinafter, specific embodiments will be explained with reference to the accompanying drawings.

【0015】図1は実施例に係る微弱光計測装置の全体
的構成を示す斜視図である。図示の通り、真空容器10
の内部にはリング電極11とキャップ電極12a,12
bとキャップ体12cが設けられ、キャップ電極12a
の中心部にはピンホール13aが開けられて、ここにイ
オン銃14が取り付けられている。また、キャップ電極
12bの中心部にもピンホール13bが開けられ、キャ
ップ体12cに設けられた拡大レンズ15がこのピンホ
ール13bに臨んでいる。さらに、リング電極11およ
びキャップ電極12a,bには、電源装置16からの電
圧がコネクタ17を介して与えられ、イオントラップの
ための電場が中心部に形成されている。真空容器10に
は複数の開口18が設けられ、ここから冷却用のレーザ
ービーム(冷却光)が入射されると共に、フローブ用の
レーザービーム(プローブ光)が入射される。この場合
、冷却光でもってプローブ光を代用させることもできる
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a weak light measuring device according to an embodiment. As shown, the vacuum container 10
There are a ring electrode 11 and cap electrodes 12a, 12 inside.
b and a cap body 12c are provided, and the cap electrode 12a
A pinhole 13a is made in the center, and an ion gun 14 is attached to the pinhole 13a. A pinhole 13b is also formed in the center of the cap electrode 12b, and a magnifying lens 15 provided on the cap body 12c faces this pinhole 13b. Further, a voltage from a power supply device 16 is applied to the ring electrode 11 and the cap electrodes 12a and 12b via a connector 17, and an electric field for ion trapping is formed at the center. The vacuum container 10 is provided with a plurality of openings 18 through which a cooling laser beam (cooling light) and a flow probe laser beam (probe light) are incident. In this case, the probe light may be replaced by cooling light.

【0016】真空容器10の外側の拡大レンズ15を臨
む位置には、スリットが形成されたスリット板21が設
けられ、さらにレンズ22を挾んでストリーク管30が
設けられている。このストリーク管30の出力面側には
、レンズ41をはさんでCCDカメラ42が設けられ、
CCDカメラ42の出力はテレビモニタ43に与えられ
ている。
A slit plate 21 having slits is provided outside the vacuum container 10 at a position facing the magnifying lens 15, and a streak tube 30 is further provided with the lens 22 in between. A CCD camera 42 is provided on the output side of the streak tube 30 with a lens 41 in between.
The output of the CCD camera 42 is given to a television monitor 43.

【0017】ストリーク管30は、結像用のレンズ22
を臨む入力面に形成された光電面31と、光電子取り出
し用のメッシュ電極32と、光電子を集束するための集
束電極33と、光電子を加速するための陽極34と、掃
引回路44からの掃引電圧が印加される偏向電極35と
、偏向された光電子を増倍するマイクロチャンネルプレ
ート(MCP)36と、出力面に形成された螢光面37
とを有する。そして、集束電極33、陽極34などの各
部には、駆動電源45からの所定電圧が与えられるよう
になっている。
The streak tube 30 includes an imaging lens 22.
a photocathode 31 formed on the input surface facing the photoelectrons, a mesh electrode 32 for extracting photoelectrons, a focusing electrode 33 for focusing photoelectrons, an anode 34 for accelerating photoelectrons, and a sweep voltage from a sweep circuit 44. a deflection electrode 35 to which is applied, a microchannel plate (MCP) 36 that multiplies the deflected photoelectrons, and a fluorescent surface 37 formed on the output surface.
and has. A predetermined voltage from a drive power source 45 is applied to each part such as the focusing electrode 33 and the anode 34.

【0018】次に、上記実施例に係わる微弱光計測装置
の各部の機能と、作用について説明する。
Next, the functions and effects of each part of the weak light measuring device according to the above embodiment will be explained.

【0019】まず、真空容器10に収容されたポールト
ラップについては、図2に示すように、Z軸を回転軸と
する回転双曲面の3つの電極(中央のリング電極11と
、上下のキャップ電極12)を組み合せて構成される。 そして、電源装置16から直流電圧Voを印加すること
により、イオンを閉じ込めるためのポテンシャルが形成
される。なお、リング電極11の内径は2ro で示さ
れ、キャップ電極12間の距離は2zo で示されてい
る。
First, regarding the pole trap housed in the vacuum container 10, as shown in FIG. 12). Then, by applying a DC voltage Vo from the power supply device 16, a potential for confining ions is formed. The inner diameter of the ring electrode 11 is indicated by 2ro, and the distance between the cap electrodes 12 is indicated by 2zo.

【0020】このポールトラップに対して、キャップ電
極12a,12bにピンホール13a,13bを設け、
ここからイオンを供給すると共に、斜め方向から冷却光
を入射する。これを断面図で示したのが、図3である。 イオン銃14から供給されたイオンは、キャップ電極1
2aに形成されたピンンホール13aを通ってポールト
ラップの中心に送られ、電場により保持(トラップ)さ
れる。すると、冷却光の照射がされるが、この冷却光の
エネルギーは保持されているイオンの本来の励起エネル
ギーよりわずかに低エネルギーとなっており、従ってイ
オンは極低温まで冷却されていく。この冷却されたイオ
ンに対しては、上記の本来のエネルギーと同一エネルギ
ーのプローブ光が照射されるようになっており、イオン
から生じた共鳴放射光はピンホール13bを通ってレン
ズ15で拡大され、画像化装置に取り込まれる。
For this pole trap, pinholes 13a and 13b are provided in the cap electrodes 12a and 12b, and
Ions are supplied from here, and cooling light is incident from an oblique direction. FIG. 3 shows this in cross-section. Ions supplied from the ion gun 14 are transferred to the cap electrode 1
It is sent to the center of the pole trap through a pinhole 13a formed in 2a, and is held (trapped) by an electric field. Cooling light is then irradiated, but the energy of this cooling light is slightly lower than the original excitation energy of the retained ions, and the ions are therefore cooled to an extremely low temperature. The cooled ions are irradiated with probe light having the same energy as the above-mentioned original energy, and the resonant radiation generated from the ions passes through the pinhole 13b and is magnified by the lens 15. , captured by the imaging device.

【0021】この画像化装置は、図1に示すように、光
子計数型数型のストリークカメラで構成されるが、この
入力面側にはスリットを有するスリット板21が設けら
れている。このため、リング電極11とキャップ電極1
2a,12bに囲まれたトラップ空間において、線状の
観測領域が設定される。この構成において、本実施例で
はフォーカスモードとストリークモードの2つのモード
を採り得る。
As shown in FIG. 1, this imaging device is composed of a photon-counting type streak camera, and a slit plate 21 having slits is provided on the input surface side thereof. Therefore, the ring electrode 11 and the cap electrode 1
A linear observation area is set in the trap space surrounded by 2a and 12b. In this configuration, two modes, a focus mode and a streak mode, can be adopted in this embodiment.

【0022】まず、フォーカスモードにおいては、スト
リーク管30におけるストリーク掃引を停止(偏向電極
35間の印加電圧を零にする)し、スリット板21が有
するスリットの幅を広げる。これにより、いわゆるフォ
ーカスモードとなり、放射光源の像が螢光面37上に拡
大されて写し出される。これをCCDカメラ42で読み
出せば、フォトンカウンテイング像が得られ、これは前
述したVIMの像と同様になる。このため、トラップさ
れたイオン、原子、粒子などの空間分布と変動(運動)
が観測できる。
First, in the focus mode, the streak sweep in the streak tube 30 is stopped (the voltage applied between the deflection electrodes 35 is made zero), and the width of the slit of the slit plate 21 is widened. This results in a so-called focus mode, in which the image of the radiation source is enlarged and projected onto the fluorescent surface 37. If this is read out by the CCD camera 42, a photon counting image is obtained, which is similar to the VIM image described above. For this reason, the spatial distribution and fluctuation (motion) of trapped ions, atoms, particles, etc.
can be observed.

【0023】一方、ストリークモードにおいては、偏向
電極35にストリーク掃引電圧を印加し、スリット板2
1のスリットを狭くする。すると、第1軸(横軸)が空
間軸に対応し、第2軸(縦軸)が時間軸に対応した光子
計数ストリーク像、すなわち図4に示すような、空間分
布(一次元の空間分布)と時間変化を示すストリーク像
を得ることができる。まず、1個の粒子が放出する光子
に着目する場合を考える。この場合は、ストリーク像に
おいて同一の空間軸座標にあらわれた光子像について解
析する。このような像から、検出した光子と光子の時間
間隔を測定し、このデータを処理する。すなわち、時刻
t=Tで光子が検出されたとき、それに引き続いて次の
光子が時刻t=T+τに検出される確率;PS (τ)
と、時刻t=Tで光子が検出されたときに時刻t=T+
τで光子が検出される確率;PC (τ)が求められる
。 これら数学的には等価なPS (τ),PC (τ)か
ら、光源の性質すなわちインコヒーレント光、コヒーレ
ント光、サブポアソン光の判別ができる。ある時間内に
観測される光子数の統計分布を測ってもよい。さらに、
ストリークカメラでは空間方向の情報が保存されるので
、前出の「静電気学会誌」Vol.14,No.3,P
.208に示されるような空間時間分解計測ができる。 これは、被計測物体上の直線に沿う部分について、各位
置ごとの光子放射の時間分解計測がされていることを意
味する。
On the other hand, in the streak mode, a streak sweep voltage is applied to the deflection electrode 35, and the slit plate 2
Narrow the slit 1. Then, the first axis (horizontal axis) corresponds to the spatial axis, and the second axis (vertical axis) corresponds to the time axis. ) and a streak image showing time changes can be obtained. First, consider the case where we focus on photons emitted by one particle. In this case, photon images appearing at the same spatial axis coordinates in the streak image are analyzed. From such an image, the time interval between detected photons is measured and this data is processed. In other words, when a photon is detected at time t=T, the probability that the next photon will be detected at time t=T+τ; PS (τ)
And when a photon is detected at time t=T, time t=T+
The probability that a photon is detected at τ; PC (τ) is determined. From these mathematically equivalent PS (τ) and PC (τ), it is possible to determine the nature of the light source, that is, incoherent light, coherent light, and sub-Poisson light. The statistical distribution of the number of photons observed within a certain period of time may also be measured. moreover,
Since the streak camera stores spatial direction information, the above-mentioned "Journal of Electrostatics Society" Vol. 14, No. 3,P
.. Spatio-temporal resolved measurements as shown in 208 can be performed. This means that time-resolved measurement of photon radiation is performed for each position along a straight line on the object to be measured.

【0024】上記のストリーク像は、螢光面37におい
て螢光像となって表われ、CCDカメラ42に取り込ま
れる。そして、ビデオ信号としてテレビモニタ43に与
えられ、CRT管面に表示される。上記の装置によれば
、個々のイオンから出る光子の相互相関を測定できる。 これから、各イオン、原子および粒子からの、共鳴放射
光の位相同期状態が観測できる。また、CCDカメラの
映像信号をディジタル信号に変換し、これを画像メモリ
(図示せず)に記憶して積算し、種々の画像処理を施し
て結果を表示してもよい。
The above-mentioned streak image appears as a fluorescent image on the fluorescent surface 37 and is captured by the CCD camera 42. The video signal is then applied to the television monitor 43 and displayed on the CRT screen. According to the above device, the cross-correlation of photons emitted from individual ions can be measured. From this, it is possible to observe the phase-locked state of resonant radiation from each ion, atom, and particle. Alternatively, the video signal of the CCD camera may be converted into a digital signal, stored in an image memory (not shown), integrated, and subjected to various image processing to display the results.

【0025】本発明は、上記実施例に限定されることな
く、種々の変形が可能である。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be modified in various ways.

【0026】まず、トラップ装置としては、図5に示す
ようなペニングトラップを用いてもよい。これは、磁場
によって粒子を空間中に保持するもので、ポールトラッ
プと同様にレーザービーム冷却が併用される。なお、画
像化装置については、例えば光子計数型ストリークカメ
ラを用いればよい。また、図6に示すようなトラップを
用いてもよい。これは、“Optics  Lette
rs”Vol.15,No.11,P.607(199
0)に示されているもので、原子銃(点線で図示)から
の原子は、磁場と6本のモラスビームにより、Dove
プリズムの上方にトラップされる。なお、このトラップ
装置ではトランポリン方式の冷却を併用しているが、イ
オンや原子、粒子の振動や運動を計測して、この動きの
データにもとづいて冷却プロセスを制御することもでき
る。このような冷却の制御は、トランポリン運動の観測
データを光パワーなどにフィードバックし、トランポリ
ン運動を制御することで可能になるが、これの具体的手
法については、例えば「昭和63年レーザー学会学術講
演会第8回年次大会」の予稿集18aIV5,p.15
〜に示されている。
First, as a trap device, a Penning trap as shown in FIG. 5 may be used. This uses a magnetic field to hold particles in space, and like the pole trap, laser beam cooling is also used. As for the imaging device, for example, a photon counting streak camera may be used. Alternatively, a trap as shown in FIG. 6 may be used. This is “Optics Lette
rs” Vol. 15, No. 11, P. 607 (199
0), the atoms from the atomic gun (indicated by dotted lines) are blown into the Dove by a magnetic field and six morass beams.
Trapped above the prism. Although this trap device uses trampoline cooling, it can also measure the vibrations and movements of ions, atoms, and particles, and control the cooling process based on this movement data. This kind of cooling control is possible by feeding back observation data of trampoline movement to optical power, etc., and controlling trampoline movement. Proceedings of the 8th Annual Conference of the Society 18aIV5, p. 15
It is shown in ~.

【0027】画像化装置については、ストリークカメラ
装置の他に、固体撮像素子として例えばCCDイメージ
センサも用い得る。CCDイメージセンサの光電変換部
はホトダイオードであり、半導体の中に作られたポテン
シャル井戸の中に、光電変換によって得た電荷を蓄積し
、外部からこのポテンシャルの位置を順次動かして信号
電荷を読み出す。このようなCCDは、信号蓄積と走査
の機能を兼ね備えている。CCDイメージセンサには、
フレーム転送(frame  transfer,FT
)・インタライン転送(interline  tra
nsfer,IT)・フレームインタライン転送(fr
ame  interline  transfer,
FIT)方式があり、図7にこれらの構造を示す。フレ
ーム転送方式は、受光部と転送部が別々に分離して設け
られており、受光部で変換・蓄積した信号電荷を垂直帰
線期間内に転送部へ高速転送し、これを順次に読み出す
。インタライン転送方式は受光部の横に転送部を設けた
もので、受光部の閉口率が50%程度になるが、電荷転
送効率がよい。また、フレームインタライン転送方式は
最近開発されたもので、1/60〜1/2000秒のシ
ャッタ動作のできのものもある。
As for the imaging device, in addition to the streak camera device, for example, a CCD image sensor may be used as a solid-state imaging device. The photoelectric conversion unit of a CCD image sensor is a photodiode, which stores charges obtained through photoelectric conversion in a potential well created in a semiconductor, and reads out signal charges by sequentially moving the position of this potential from the outside. Such a CCD has both signal storage and scanning functions. The CCD image sensor has
frame transfer (FT)
)・Interline transfer (interline tra
nsfer, IT)/frame interline transfer (fr
ame interline transfer,
FIT) method, and their structure is shown in FIG. In the frame transfer method, a light receiving section and a transfer section are provided separately, and signal charges converted and accumulated in the light receiving section are transferred at high speed to the transfer section within the vertical retrace period, and are sequentially read out. In the interline transfer method, a transfer section is provided next to the light receiving section, and although the closing rate of the light receiving section is about 50%, the charge transfer efficiency is good. Further, the frame interline transfer method has recently been developed, and some allow shutter operation of 1/60 to 1/2000 seconds.

【0028】本発明において、通常の画像化を行なうと
きには、図7のCCDイメージセンサをそのまま用いれ
ばよい。空間時間分解された画像化を行なうときには、
感光部の最上部のみを残して、図7に点線で示す位置か
ら下側を光学的にマスキングする。そして、最上部の一
例の感光部のみに、スリット状に放射光を結像すればよ
い。但し、垂直方向のシフトは必要な時間分解能に対し
て決まるクロックで駆動する。この場合、光学マスクは
機械式に導入する方法で前記2種の撮像モードが得られ
る。ただし、単一光子レベルの時間分解が必要な場合は
、感光部を例えばアバランシェホトダイオードの様に利
得を有する素子を使う必要がある。
In the present invention, when performing normal imaging, the CCD image sensor shown in FIG. 7 may be used as is. When performing spatial and temporal resolved imaging,
Leaving only the top of the photosensitive area, the lower side from the position indicated by the dotted line in FIG. 7 is optically masked. Then, it is sufficient to image the emitted light in the form of a slit only on the photosensitive section at the top. However, the vertical shift is driven by a clock determined based on the required time resolution. In this case, the two types of imaging modes described above can be obtained by mechanically introducing the optical mask. However, if time resolution at the single photon level is required, it is necessary to use an element with gain, such as an avalanche photodiode, as the photosensitive section.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り本発明の構成
によれば、トラップ手段によって空間中にトラップされ
た被測定粒子には、クーリング光が照射されて冷却され
、これに励起光が照射される。このため、被測定粒子か
ら共鳴放射光が放射され、スリットを介して測定手段に
入射される。このため、いわゆるフォーカスモードでは
スリットの範囲における空間分布の測定が可能となり、
またストリークモードでの測定手段は時間空間分解機能
を有しているので、時間的変化についての測定が可能に
なる。また、分光器を更に設けるようにすれば、分光分
析も同時に可能となる。
As described above in detail, according to the configuration of the present invention, the particles to be measured trapped in the space by the trap means are cooled by being irradiated with cooling light, and are irradiated with excitation light. be done. Therefore, resonance radiation light is emitted from the particle to be measured and enters the measuring means through the slit. Therefore, in the so-called focus mode, it is possible to measure the spatial distribution within the slit range.
Furthermore, since the measuring means in the streak mode has a temporal and spatial resolution function, it is possible to measure temporal changes. Moreover, if a spectrometer is further provided, spectroscopic analysis can be performed at the same time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】実施例に係る微弱光計測装置の全体構成を示す
斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a weak light measurement device according to an embodiment.

【図2】ポールトラップの構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the structure of a pole trap.

【図3】実施例の微弱光計測装置におけるトラップ装置
とイオン銃および画像化装置の関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between a trap device, an ion gun, and an imaging device in the weak light measurement device of the example.

【図4】スリットとストリークカメラの関係を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between a slit and a streak camera.

【図5】ペニングトラップを示す図である。FIG. 5 shows a Penning trap.

【図6】トラップ装置の他の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another example of a trap device.

【図7】本発明の微弱光計測装置に適用可能なCCDイ
メージセンサの例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a CCD image sensor applicable to the weak light measurement device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…真空容器 11…リング電極 12…キャップ電極 13…ピンホール 14…イオン銃 15…拡大レンズ 16…電源装置 21…スリット板 30…ストリーク管 31…光電面 37…螢光面 42…CCDカメラ 43…テレビモニタ 10...Vacuum container 11...Ring electrode 12...Cap electrode 13...Pinhole 14...Ion gun 15...Magnifying lens 16...Power supply device 21...Slit plate 30...Streak tube 31...Photocathode 37...Fluorescent surface 42...CCD camera 43...TV monitor

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  複数の被測定粒子を所定の空間位置に
トラップするトラップ手段と、前記被測定粒子の本来の
励起エネルギーと略同等のエネルギーの光を前記被測定
粒子に照射して冷却すると共に当該被測定粒子を励起す
る光照射手段と、前記光照射手段による励起範囲の少な
くとも一部に対応したスリットを有し、このスリットを
通過してきた前記被測定粒子からの放射光を時間−空間
分解して測定する測定手段とを備えることを特徴とする
微弱光計測装置。
1. A trap means for trapping a plurality of particles to be measured at a predetermined spatial position, and irradiating the particles to be measured with light having an energy substantially equivalent to the original excitation energy of the particles to be measured, and cooling the particles to be measured. It has a light irradiation means for exciting the particle to be measured, and a slit corresponding to at least a part of the excitation range by the light irradiation means, and the emitted light from the particle to be measured that has passed through the slit is resolved in time and space. 1. A weak light measuring device comprising: a measuring means for measuring.
【請求項2】  複数の被測定粒子を所定の空間位置に
トラップするトラップ手段と、前記被測定粒子の本来の
励起エネルギーより僅かに低エネルギーのクーリング光
を前記被測定粒子に照射して冷却する冷却手段と、前記
本来の励起エネルギーと同一エネルギーの励起光を前記
被測定粒子に照射する励起手段と、前記励起手段による
励起範囲の少なくとも一部に対応したスリットを有し、
このスリットを通過してきた前記被測定粒子からの放射
光を時間−空間分解して測定する測定手段とを備えるこ
とを特徴とする微弱光計測装置。
2. Trap means for trapping a plurality of particles to be measured at a predetermined spatial position, and cooling light that is slightly lower in energy than the original excitation energy of the particles to be measured and cooled by irradiating the particles to be measured. a cooling means, an excitation means for irradiating the measured particle with excitation light having the same energy as the original excitation energy, and a slit corresponding to at least a part of the excitation range by the excitation means,
A weak light measuring device characterized by comprising a measuring means for measuring the emitted light from the particle to be measured that has passed through the slit by time-spatial resolution.
【請求項3】  前記被測定粒子から放射されて前記測
定手段に入射される光を分光する分光手段を更に有する
請求項1または2記載の微弱光計測装置。
3. The weak light measuring device according to claim 1, further comprising a spectroscopic means for separating the light emitted from the particle to be measured and incident on the measuring means.
【請求項4】  前記測定手段は、前記放射光が光電面
に入射することにより放出された光電子を掃引すること
により時間−空間分解するストリーク管を有する請求項
1、2または3記載の微弱光計測装置。
4. The weak light according to claim 1, wherein the measuring means has a streak tube that performs temporal and spatial resolution by sweeping photoelectrons emitted when the synchrotron radiation is incident on a photocathode. Measuring device.
【請求項5】  前記測定手段は、前記放射光が光電変
換素子に入射することにより生成された電荷を所定クロ
ックで転送することにより時間−空間分解する固体撮像
素子を有する請求項1、2または3記載の微弱光計測装
置。
5. The measuring means includes a solid-state imaging device that performs temporal and spatial resolution by transferring charges generated by the radiation light incident on a photoelectric conversion element at a predetermined clock. 3. The weak light measuring device according to 3.
【請求項6】  前記測定手段による測定結果を利用し
て、前期光照射手段による冷却を制御する請求項1、3
、4または5記載の微弱光計測装置。
6. Claims 1 and 3, wherein the cooling by the light irradiation means is controlled using the measurement result by the measurement means.
, 4 or 5, the weak light measurement device.
【請求項7】  前記測定手段による測定結果を利用し
て、前記冷却手段による冷却を制御する請求項2、3、
4または5記載の微弱光計測装置。
7. Cooling by the cooling means is controlled using the measurement result by the measuring means.
5. The weak light measuring device according to 4 or 5.
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