SU1140091A1 - Устройство дл голографировани в пузырьковых камерах - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОЛОГРАФИРОВАНИЯ В ПУЗЫРЬКОВЫХ КАМЕРАХ, содержащее лазер, оптически св занные с лазером систему формировани  опорного пучка и систему формировани  предметного пучка, которд  через пузырьковую камеру св зана с регистрирующим прибором , отличаю щ-е е с   тем, что, с целью улучшени  качества восстановленного с голограммы изображени , в устройство дополнительно введены оптическа  лини  задержки света , два электрооптических кристал.па. пол ризационна  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 формировани  предметного пучка, оптическа  лини  задержки света размещена по ходу луча лазера, отраженного от первого полупрозрачного зеркалами оптически св зана через второе полупрозрачное зеркало с оптической системой формировани  предметного пучка, после второго полупрозрачного зеркала и перед системой формировани  опорного пучка последовательно рассл положены первый электрооптический кристалл, пол ризационна  призма дл  разделени  пучка, в одном из которых расположен фазосдвигающий элемент , система сведени  пучков, состо ща  из отражающего зеркала и третьего полупрозрачного зеркала, и 4 второй электрооптический кристалл, причем электрооптические кристаллы через электронный блок задержки о ;о св заны ,с лазером.

Description

Изобретение относитс  к исследованию свойств элементарных частиц с помощью пузырьковых камер, а более конкретно к устройствам сн ти  информации в камерах, и может быть при менено дл  других случаев голографи ровани  измен ющихс  по форме или движущихс  объектов через искажаю-, щие турбулентные среда. В насто щее врем  в физике высоких энергий дл  исследовани  свойств : лементарнь1х частиц все большее распространение получают быстроциклирую щие камеры с голографическим съемом информации. Известно устройство дл  съема голографической информации с пузырьковых камер, содержащее лазер, систему линз, пузырьковую камеру и регистрирующий прибор Щ . Однако вли ние искажений, вносимых термическими турбулентност ми и локальньми неоднородност ми оптичесKiK элементов устройства съема инфор мации, ухудшает качество восстанавли Баемого с голограмм изображени , соз дава  трудности при обработке получа мой информации. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  голографировани  в пузырьковых камерах, содержащее лазер, оптически св занные с лазером систему формировани  опорного пучка и систему формировани  предметного пучка, последн   через пузырьковую камеру св зана с регистрирующим прибором. Оптическа  сист ма формировани  предметного пучка состоит из системы линз, увеличивающей геометрические размеры луча светалазера до величины, необходимой дл  голографировани  пузырьковой камеры . Оптическа  система формировани  опорного пучка состоит из системы двух полупрозрачных и двух непрозрач ных зеркал, направл ющих часть света предметного пучка на регистрирующий прибор, мину  рабочий объем пузырьковой камеры. Луч света от лазера проходит оптические системы формировани  опорного и предметного пучков. Затем предметный пучок зеркалом направл етс  на пузырьковую камеру. При прохождении предметного пучка света через экспонируемый объем камеры свет рассеиваетс  на пузырьках, образующих треки элементарных часРИЦ интерферирует со светом опорного пучка, прошедшего на регистрирующий прибор мину  камеру, и образует голограмму на фотопленке в регистрирующем приборе 2 j. .Однако проход щий через камеру предметный пучок света в значительной мере искажаетс  из-за флуктуации коэффициента преломлени  рабочей жидкости , вызываемых термическими турбулентност ми . Другой причиной искажений  вл ютс  локальные неоднородности оптических элементов устройства (свили, пузырьки в стекле, пылинки и т.п.). Вли ние паразитных искажений проход щего света про вл етс  при восстановлении голограмм в виде уменьшени  контрастности изображени  пузырьков и по влени  значительной неоднородности фрна полученного изображени . Следствием этого  вл етс  снижение разрешени  пузырьков в треке, ухудшение точности восстановлени  событий в пузырьковой камере и трудности при обработке полученной информации на автоматических измерительных приборах. Вьшеперечисленные эффекты не дают возмож ность получить высококачественные изображени , восстановленные с голограмм . Цель изобретени  - улучшение качества восстановленного с голограмм изображени  рабочего объема пузырьковой камеры путем повьшени  контрастности пузырьков и улучшени  однородности фона изображени , восстановленного с голограммы. Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  голографировани  в пузырьковых камер&х, содержащее лазер, оптически св занные с лазером систему формировани  опорного пучка и систему формировани  предметного пучка, котора  через пузырьковую камеру св зана с регистрирующим прибо-г ром, дополнительно введены оптическа  лини  задержки света, два электрооптических кристалла, пол ризационна  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 формировани  предметного пучка, оптическа  лини  задержки света размещена по ходу луча лазера, отраженного от первого полупрозрачного зеркала, и оптически св зана через второе полупрозрачное зеркало с оптической системой формировани  предметного пучка, после второго полупрозрачно- го зеркала и перед системой формировани  опорного пучка последовательно расположены первый электрооптический кристалл, пол ризационна  призма дл  разделени  пучка, в одном из которых расположен фазосдвигающий элемент система сведени  пучков , состо ща  из отражающего зеркала и третьего полупрозрачного зеркала , и второй электрооптический кристалл , причем электрооптические кристаллы через электронный блок задержк св заны с лазером. Работа устройства основана на сочетании методовтдвухэкспозиционной голографической, интерферометрии и голографического вычитани  изображений . В голографической интерферометрии осуществл етс  интерференци  волн, проход щих по одному и тому же пути, но в разные моменты времени. ,Вид интерференционной картины-обусловлен лишь изменени ми, которые про изошли с объектом за врем  между пер вой и второй экспозици ми (либо во врем  одной из экспозиций). Голографи  позвол ет зафиксировать световую волну и восстановить ее копию в любой нужный момент времени и поэтому голографическа  интерферометри  в от личие от обычной не св зана с требованием одновременности формировани  волн. Введение сдвига фазы одного из опорных пучков на 180 позвол ет получить равномерный фон восстановленного изображени , так как в этом слу чае происходит так называемое голографическое вычитание изображений, когда области объекта не изменившиес  между экспозици ми, при восстанов лении исчезают и видны только те области , которые определенным образом изменились. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства дл  гологра фировани  в пузырьковых камерах. Устройство содержит последователь но расположенные лазер (источник когерентного излучени ) 1, два полупрозрачных зеркала 2 и 3, оптическую систему формировани  предметного пучка 4, пузырьковую камеру 5, запол ненную рабочей жидкостью 6 непрозра ное зеркало 7, регистрирующий прибор (голографическую камеру) 8. По ходу луча, отраженного от первого полупрозрачного зеркала 2, размещена оптическа  лини  задержки света 9, котора  оптически св зана с полупрозрачным зеркалом 3. В свою очередь полупрозрачное зеркало 3 оптически св зано с одной стороны с оптической системой формировани  предметного пучка 4, а с другой стороны с последовательно расположенными электрооптическим кристаллом (например,  чейкой Поккельса) 10, пол ризационной призмой 11, непрозрачным зеркалом 12,фазосдвигающим элементом (полуволновой пластинкой ) 13, полупрозрачным зеркалом 14, электрооптическим кристаллом ( чейкой Поккельса) 15, оптической системой формировани  опорного пучка 16 и регистрирующим прибором 8. Кроме того , оптически св заны также и пол ризационна  призма 11, непрозрачное зеркало 17, полупрозрачное зеркало 14 и оптическа  система формировани  опорного пучка 16. Электрооптические кристаллы 10 и 15 электрически св заны через электронный блок задержки 18 с лазером 1о Оптическую линию задержки 9 можно вьшбЛнить в виде системы зеркал, например двух плоских и одного сферического , котора  позвол ет плавно осуществл ть любые временные задержки (от нескольких наносекунд вплоть до нескольких микросекунд). Устройство работает следующим образом . Импульс плоскопол ризованного света от лазера 1 делитс  первым полу- . прозрачным зеркалом 2 на две части. Часть света,, котора  проходит сквозь полупрозрачные зеркала 2 и 3 (первый предметный пучок), попадает на вход оптической системы формировани  предметного пучка 4, увеличивающей размеры луча света до размеров голографируемого объекта. Далее этот свет, проход  через объем пузырьковой камеры 5, искажаетс  из-за фпуктуаций коэффициента преломлени , обус- ловленных термическими турбулентносг т ми, и частично рассеиваетс  на пу зь рьках в рабочей жидкости 6. Кроме того, эта часть света несет в себе информацию о локальных неоднородност  оптических элементов, вход щих в устройство. Затем этот световой поток зеркалом 7 направл етс  на регистри рующий прибор 8. Одновременно с этим часть света проходит сквозь полупрозрачное зеркало 2, отражаетс  полупрозрачным з калом 3 (первый опорный пучок) и на правл етс  на электрооптический кристалл 1Q, который (как и электрб оптический кристалл 15) обладает свойством поворачивать плоскость ,пол ризации падающего плоскопол ризованного света лазера 1 на 90 , ес ли к нему приложено электрическое напр жение,, Далее свет попадает в пол ризационную призму 11, котора  обладает свойством пропускать свет, если ее плоскость пол ризации совпадает с плоскостью пол ризагщи падающего света и отражает весь свет в сторону, если эти плоскости пол ризации взаимно перпендикул рны. В предлагаемом устройстве плоскость пол ризации пол ризационной призмы 11 выставл етс  параллельно плоскости пол ризации падающего света лазера 1. В первоначальный момент на электрооптические кристаллы 10 и 15 не подаетс  электрическое напр жение и, следовательно, свет лазера 1 после электрооптического кристалла 10 сквозь пол ризационную призму 11, отражаетс  зеркалом 17, проходит сквозь полупрозрачно .е зеркало 14, электро- оптический кристалл 15 и после опти ческой системы формировани  опорного пучка 16 попадает на регистрирую щий прибор 8 одновременно с первым предметным пучком света, прошедшим через пузырьковую камеру 5. Интерференци  этих двух пучков света (пр метного и опорного) образует на фот пленке регистрирующего прибора .первую голограмму,-в которой фиксифуетс  изображение объекта голограф ровани  и все паразитные искажени прошедшего через объект света. . друга  часть светового импульса лазера 1, отраженна  полупрозрачным зеркалом 2, направл етс  на вхо оптической линии задержки света 9, котора  создает определенную (заранее заданную) задержку во времени о носительно света, прошедшего сквозь полупрозрачные зеркала 2 и 3. Полупрозрачное зеркало 2 отражает определенную часть задержанного светово импульса на оптическую систему форм ровани  предметного пучка 4, после которой пучок света, увеличившись до необходимых размеров, проходит пузырьковую камеру 5 с рабочей жид , .костью 6 и, вобрав в себ  информацию о голографируемом объекте, образует второй предметный пучок (дл  получени  второй голограммы), который зеркалом 7 направл етс  на регистрирующий прибор 8. .Второй опорный пучок формируетс  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 момент с электронного блока задержки :18 подаетс  электрическое напр жение и в этом случае элекгрооптический кристалл 10 поворачивает плоскость пол ризации падающего на него света на 90 . Таким образом, пол ризационна  призма 11 становитс  теперь- непрозрач|Ной дл  падающего света, так как их плоскости пол ризации взаимно перпендикул рны , и, следовательно, она играет роль зеркала, отражающего свет на непрозрачное зеркало 12. Далее свет проходит фазосдвигающий элемент 13, где претерпевает сдвиг по фазе на 180 поотношению к свету первого опорного пучка. Отразившись от полу прозрачного зеркала 14, свет попадает в электрооптический кристалл 15, на которьй в этот момент также подаетс  электрическое напр жение с электройного блока задержки 18. В результате этого плоскость пол ризации света восстанавливаетс , т.е. становитс  параллельной плоскости пол ризации света предметного пучка (это необходимо дл  того, чтобы предметный и опорный пучки света могли интерфери-ровать ). Затем свет попадает в оптическую систему формировани  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 находитс  перва  голограмма, образованна  той частью света, котора  прошла сквозь полупрозрачное зеркало 2. Таким образом. на регистрирующем приборе один и тот же участок фотопленки последовательно записьшаютс  две голограммы объекта, но со сдвигом фазы одного из опорных пуч- ков между экспозици ми на 180 . 71 При носстановлении такой двойной голограммы видны только те области, которые претерпели определенные изме нени  между экснозици ми, а области объекта, не изменившиес  между экспо зици ми, при восстановлении взаимно погашают друг друга и образуют однородный фон изображени , т.е. реали зуетс  метод голографического вычитани  . Схема устройства построена таким образом, чтобы обеспечить минимальные отличие оптических путей света во врем  первой и второй экспозиций. Начина  от полупрозрачного зеркала 3 (где происходит разделение света н предметный и опорный пучки), пути обоих предметных пучков полностью идентичны. Опорные пучки проход т пути одинаковой длины, в основном, через одни и те же оптические элемен ты, и отличие этих путей состоит в том, что они отражаютс  от различных непрозрачных зеркал 12 и 17, которые имеют небольшие размеры и их нетрудно изготовить с достаточной точностью , с тем, чтобы отличные формы этих зеркал не искажали дополнительно фазовой микроструктуры света опор ного пучка. Интервал времени между двум  последовательными экспозици ми выбираетс  исход  из услови , что регистрирующий объект должен при этом . сдвинутьс  или изменитьс  в размеpax на величину , т.е. пор дка О, 1 -10 м (где Л - длина волны падающего света) согласно теории голо графической интер ферометрии. В данном случае такими объектами  вл ютс пузырьки пара в рабочей жидкости ка меры, образующие треки элементарных частиц. Скорость роста пузырьков в жидкост х, используемых в камере колеблетс  от 0,2 м/с (водород) до 3,2 м/с (фреон) дл  пузырьков разме ром около 10 м. Следовательно, дл  того, чтобы пузырьки увеличились в размерах (т.е. изменились)на необхо димую величину (7/0,1-10 м), оптическа  лини  задержки света 9 должн обеспечить сдвиг во времени части 1 светового импульса лазера 1, отразившейс  от полупрозрачного зеркала-2, по отношению к части света лазера 1-, прошедшей сквозь полупрозрачное зеркало 2, на (30-500) х с (в зависимости от типа рабочей жидкости, используемой в пузырьковой камере). Основной источник неоднородности фона изображени  - термические турбул-ентности , имеют характерное врем  измерени  своей конфигурации около 10 с, что на 3-4 пор дка большевремени между экспозици ми и, следовательно , изменение турбулентностей за это врем  мало и не вли ет на достигаемую с помощью предлагаемого устройства однородность фона изображени  . Использование предлагаемого устройства дает возможность улучшить качество восстанавливаемого с голограмм изображени . Устран етс  вли ние стабильных локальньк неоднородностей оптических элементов и термической турбулентности, увеличиваетс  контрастность изображени  пузырьков , повьпиаетс  (примерно в 200 раз) степень однородности фона изображени . В результате этого улучшаетс  разрешение близлежащих пузырьков, а следовательно, и точность восстановлени  событий в пузьфьковой камере. I Упрощаетс  обработка голографической информации с помощью автоматических устройств, работающих в линию с ЭВМ. Частота циклировани  камеры не будет столь сильно вли ть на качество изображени  как это имеет место при обычном голографировании. Устройство применимо в любом известном варианте двухлучевых схем голографировани  (афокальной, сфокусированных изображений и т.д.), оно позвол ет при необходимости выравнивать оптические пути опорного и предметного пучков и измен ть угол между ними. I Применение устройства позвол ет улучшить технические характеристики пузырьковой камеры как физического прибора.

T iMS18

EM

l-iib

:... Л

jj

ГТ-1

Сф|Я

12

Claims (1)

1. 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 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 кристалла, 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 расположены первый электрооптический кристалл, поляризационная призма дня разделения пучка, в одном из которых расположен фазосдвигающий элемент, система сведения пучков, состоящая из отражающего зеркала и третьего полупрозрачного зеркала, и второй электрооптический кристалл, причем электрооптические кристаллы через электронный блок задержки связаны с лазером.