% ToDo: Z. 310: Die Bezeichnungen \Delta\Theta ... im *.kumac anpassen
%       Bei resol.eps und deflek.eps (dpg.kumac) die Umrandung dazu
% 
% Entwicklung und Anwendungen eines optischen
% Positionsueberwachungssystems hoechster Praezision fuer
% Teilchendetektoren
%
% Vortrag DPG-Tagung,  T 111.2 Mo, 17.3.97 17:10 HS 217 LMU
%
% Von
% Volker Bartheld
% Am Winkelmoos 3
%
% D-85241 Unterweilbach
% Tel.: 08139 / 1604 (priv.)
%       089 / 32354 -325, -386 (MPI)
% @:    bartheld@afmp04.mppmu.mpg.de
%
%
% Die Stildeklarationen laden
  \input{sty.tex}
%
\begin{document}
%
% Titelblatt
%
\begin{titlepage}
\pagestyle{empty}
    \begin{center} 
       {\large \bf
         Entwicklung und Anwendungen eines optischen
         Positions"uberwachungssystems h"ochster Pr"azision f"ur
         Teilchendetektoren} \\
%
       \vspace*{1.5cm}
         Vortrag von \\
       \vspace*{0.5cm}
         Volker Bartheld \\
       Max-Planck-Institut f"ur Physik \\
       F"ohringer Ring 6 \\
       D-80805 M"unchen \\
       email: bartheld@mppmu.mpg.de \\
%
       \vspace*{1.0cm}
       17. M"arz 1997
    \end{center}
\clearpage
\end{titlepage}
%
% 1. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
% Der ATLAS-Detektor
%
  \begin{center}
    \mbox{\epsfxsize=140mm\epsffile{atlas.eps}}
  \end{center}
  \begin{itemize}
    \item Kollision von gegenl"aufigen Protonenstrahlen mit Energien von
      7~TeV am {\it LHC} des {\it CERN}.
    \item Vielzweckexperiment \glqq{\it ATLAS}-Detektor\grqq\, u.~A. zur Suche nach
      Higgs-Bosonen ($H$): \\
        $H\longrightarrow ZZ^{(*)}\longrightarrow \gamma\gamma$
        ($E<$ 120~GeV), \\
        $H\longrightarrow ZZ^{(*)}\longrightarrow
        \mu^{+}\mu^{-}\mu^{+}\mu^{-}$,\dots ($E<$ $\approx$1~TeV)
    \item Ortsaufl"osung der Myonkammern von $<$30~$\mu$m notwendig.
    \item $\Longrightarrow$ MPA-Laseralignierungssystem
  \end{itemize}
\end{slide}
%
% 2. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
% Die Barrel- u. Endcapregion mit Alignierungssystem
%
      \begin{minipage}[t]{70mm}
      \mbox{\epsfxsize=70mm\epsffile{fmxysect.eps}}
      \end{minipage}
%
    \hfill
%
      \begin{minipage}[t]{70mm}
      \mbox{\epsfysize=70mm\epsffile{bar3d.eps}}
      \end{minipage}
\\
  Anforderungen an das Alignierungssystem:
  \begin{itemize}
    \item Me"sbereich der Sensoren von 20~$\times$~20~$\mb{mm}^2$.
    \item Ortsaufl"osung $<$5~$\mu$m.
    \item Transmissionsgrad und Oberfl"achenbeschaffenheit ausreichend
      f"ur bis zu 10~Sensoren im Strahlengang.
    \item Ausreichend kollimierte Lichtstrahlen.
    \item Stabilit"at von Sensoren und Ausleseelektronik gegen Teilchen-
      und $\gamma$-Strahlung.
    \item Platzsparende und betriebssichere Unterbringung von
    Laserdioden und Lichtverteilungssystemen.
  \end{itemize}
%
\end{slide}
%
% 3. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
  \noindent
  {\bf Aufbau eines a-Si:H Streifensensors} \\ \\
  Dreidimensional explodierte Darstellung: \\
%
    \begin{center}                            %Bild zentrieren
      \begin{minipage}[t]{155mm}              %Minipage der Breite 155 mm
        \begin{picture}(155,81)               %Bild ist 155 mm breit, 81 mm hoch
          \put(0,81){\special{em:graph asi_sd3}} %Bild 0 mm nach rechts,
        \end{picture}                         %81 mm nach oben verschieben
      \end{minipage}
    \end{center}
%
  \vspace*{61mm}
  Ansicht von oben: \\
%
%
  \begin{center}
    \begin{minipage}[t]{71mm}
      \begin{picture}(71,68)                  %Bild ist 71 mm breit, 68 mm hoch
        \put(0,68){\special{em:graph asi_sdet}} %Bild 0 mm nach rechts,
      \end{picture}                           %68 mm nach oben verschieben
    \end{minipage}
  \end{center}
%
  \vspace*{60mm}
%
\end{slide}
%
% 4. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
  \noindent
  {\bf Das MPA-Sensormodul}
%
    \begin{center}
      \begin{minipage}[t]{160mm}
        \mbox{\epsfxsize=160mm\epsffile{mpa2.eps}}
      \end{minipage}
    \end{center}
%
  {\bf Ersatzschaltbild der Ausleseelektronik f"ur einen Streifen} \\
%
    \begin{center}
      \begin{minipage}[t]{127mm}
        \begin{picture}(127,66)
          \put(0,66){\special{em:graph analog}}
        \end{picture}
      \end{minipage}
    \end{center}
%
\end{slide}
%
% 5. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
  \noindent
  {\bf Aufl"osung und Ablenkung} \\ \\
  Versuchsaufbau:
    \begin{center}
      \begin{minipage}[t]{160mm}
        \mbox{\epsfxsize=160mm\epsffile{messaq.eps}}
      \end{minipage}
    \end{center}
%
  \begin{itemize}
    \item Kollimatorobjektiv \fbox{2} mit Monomodefaser \fbox{1}
    \item Sensor \fbox{4} mit $x$-$y$-Schrittmotoreinheit \fbox{3}
    \item Laserstrahlindikator \fbox{5} mit Laborkoordinatensystem
    \item Sensor zur Messung von Strahlablenkung und Transmission
      \fbox{6}
  \end{itemize}
%
\end{slide}
%
% 6. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
    \begin{center}
      \begin{minipage}[t]{150mm}
        \mbox{\epsfxsize=150mm\epsffile{vs17_2.eps}}
      \end{minipage}
    \end{center}
%
  Verteilung des maximalen Streifenstroms des ersten (oben) und zweiten
  Sensors (Mitte) und die Korrelationskoeffizienten $\gamma_{x,y}$
  (unten) in einem Konturdiagramm f"ur die $x$- (links) bzw.
  $y$-Koordinate (rechts) "uber die Sensoroberfl"ache. Die Farbstufen
  sind proportional zum Funktionswert.
%
\end{slide}
%
% 7. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
    \begin{center}
      \begin{minipage}[t]{150mm}
        \mbox{\epsfxsize=150mm\epsffile{vs17_4.eps}}
      \end{minipage}
    \end{center}
%
  Positionsabweichung f"ur beide
  Koordinaten (links, rechts) in Histogrammform (oben),
  Projektion (Mitte) und die Verteilung der Werte (unten).
  \begin{eqnarray}
    \Delta x(x_i,y_i) & = & x_{Motor}(x_i,y_i) - x_{Sensor}(x_i,y_i)
      \nonumber \\
    \Delta y(x_i,y_i) & = & y_{Motor}(x_i,y_i) - y_{Sensor}(x_i,y_i)
      \nonumber
  \end{eqnarray}
%
\end{slide}
%
% 8. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
  \noindent
  {\bf Ursachen der Strahlablenkung} \\ \\
%
% Brechung an Prisma an Platte
%
    \begin{center}
      \begin{minipage}[t]{126mm}
        \begin{picture}(126,51)
          \put(0,51){\special{em:graph brechung}}
        \end{picture}
      \end{minipage}
    \end{center}
%
  \vspace*{41mm}
%
  Lichtbrechung am Sensor. Der Strahlengang ist zerlegt
  in die Brechung an einem Prisma mit Scheitelwinkel
  $\epsilon$ und an einer Platte der Dicke $d$.
  Es resultiert eine Strahlablenkung $\Delta\theta$ am Prisma und eine
  (konstante) Parallelverschiebung $\Delta x$ an der Platte.
%
\end{slide}
%
% 9. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
    \begin{center}
      \begin{minipage}[t]{150mm}
        \mbox{\epsfxsize=150mm\epsffile{vs17_5.eps}}
      \end{minipage}
    \end{center}
%
  Strahlablenkung f"ur beide
  Koordinaten (links, rechts) in Histogrammform (oben),
  Projektion (Mitte) und die Verteilung der Werte (unten).
%
\end{slide}
%
% 10. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
    \begin{center}
      \begin{minipage}[t]{150mm}
        \mbox{\epsfxsize=150mm\epsffile{resol.eps}}
      \end{minipage}
    \end{center}
%
  Verteilung der Positionsabweichungen $\sigma(\Delta x)$ (links) und
  $\sigma(\Delta y)$ (rechts) aller Sensoreinheiten (unkorrigiert: oben,
  mit Korrekturen: Mitte, unten).
\end{slide}
%
% 11. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
    \begin{center}
      \begin{minipage}[t]{150mm}
        \mbox{\epsfxsize=150mm\epsffile{deflek.eps}}
      \end{minipage}
    \end{center}
%
  Verteilung der Strahlablenkungen $\sigma(\Delta\theta x)$ (links) und
  $\sigma(\Delta\theta y)$ (rechts) aller Sensoreinheiten (unkorrigiert: oben,
  mit Korrekturen: unten).
\end{slide}
%
% 12. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
  \noindent
  Zusammenfassung und Ausblick
  \begin{itemize}
    \item Positionsme"sgenauigkeit der Sensoren von $<$5~$\mu$m
      (unkorrigiert) und $<$2~$\mu$m (korrigiert) "uber eine aktive
      Fl"ache von 20~$\times$~20~$\mb{mm}^2$.
    \item Strahlablenkung des durchgehenden Laserstrahls von
      $<$10~$\mu$rad (unkorrigiert) und $<$2~$\mu$rad (korrigiert).
    \item Sensoren mit 30~$\times$~30~$\mb{mm}^2$ aktiver Fl"ache in
      Vorbereitung.
    \item Etwa 2000 MPA-Sensoren im ATLAS-Detektor.
  \end{itemize}
%
\end{slide}
%
% 13. Folie
%
\begin{slide}
\small
%
  \noindent
  Weitere Anwendungen:
  \begin{itemize}
      \item "Uberwachung der Montagevorrichtungen f"ur die
        Pr"azisionsmyonkammern des ATLAS-Detektors.
      \item Alignierung des ATLAS-Innendetektors und der supraleitenden
        Magnete des LHC.
      \item Alignierung der Silizium-Kalorimeter des {\it
      NOMAD}-Neutrinodetektors am CERN.
      \item Alignierung des Siliziumvertexdetektors sowie des
      Spurdetektors des {\it HERA-B}-Detektors am {\it DESY}.
      \item Alignierung des Myonspektrometers des {\it CMS}-Detektors am LHC.
      \item "Uberwachung der Spiegel des geplanten {\it
        MAGIC}-\v{C}erenkov-Teleskops.
      \item Alignierung des Silizium-Teleskops des {\it AMS}-Detektors
        auf der internationalen Raumstation {\it Alpha}.
  \end{itemize}
\end{slide}
%
\end{document}
%
% Seitennumerierung wieder auf arab. Ziffern zurueckschalten
%
\pagenumbering{arabic}
%
%----------------------------------------------------------------------
%	End of document
%----------------------------------------------------------------------
