章光與信息技術(shù)

光與現(xiàn)代科技講座第六章光與信息技術(shù)中的應(yīng)用2023/1/191光與現(xiàn)代科技講座云南大學(xué)信息學(xué)院通信工程系

宗容第六章光與信息技術(shù)中的應(yīng)用光與現(xiàn)代科技2023/1/192光與現(xiàn)代科技講座第一章概述2第二章

光源與激光器2第三章激光在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用4第四章激光在軍事技術(shù)中的應(yīng)用4第五章激光在現(xiàn)代工業(yè)和加工中的應(yīng)用4第六章光與信息技術(shù)4第七章光通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)4第八章光學(xué)傳感技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)2第九章光學(xué)成像、全息與顯示技術(shù)4第十章光電集成與納米技術(shù)42023/1/193第六章光與信息技術(shù)中的應(yīng)用§6.1激光掃描器6.1.1激光掃描器(1)低慣量掃描器(2)全息掃描器6.1.2激光掃描器的應(yīng)用實(shí)例(1)激光照排機(jī)(2)激光縮微機(jī)(3)條形碼掃描器

§6.2激光打印機(jī)1.激光打印機(jī)原理及組成2.激光打印機(jī)的基本工作過程及控制系統(tǒng)3.激光打印機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r簡介§6.3激光存儲(chǔ)技術(shù)6.3.1激光存儲(chǔ)的基本原理、分類及特點(diǎn)6.3.2激光光盤存儲(chǔ)6.3.3激光體全息光存儲(chǔ)6.3.4激光存儲(chǔ)技術(shù)的新進(jìn)展2023/1/194光與信息技術(shù)從技術(shù)角度看，信息領(lǐng)域是一個(gè)十分廣闊的領(lǐng)域，它包括信息的產(chǎn)生、發(fā)送、傳輸、探測、存儲(chǔ)、顯示等許多方面。激光在信息領(lǐng)域的應(yīng)用，包括以激光為信息載體，將聲音、圖像、數(shù)據(jù)等各種信息通過激光傳送出去；通過激光存儲(chǔ)在光學(xué)存儲(chǔ)器里；通過激光將信息打印或顯示出來等等。因此，本章將涉及激光通信、激光顯示、激光存儲(chǔ)以及激光打印等許多童要的領(lǐng)域。這些領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生許多成熟的技術(shù)和應(yīng)用，有著光明、廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前途，是21世紀(jì)最活躍的激光應(yīng)用領(lǐng)域。本章將簡要地介紹激光在上述各方面的有關(guān)應(yīng)用概況，特別是一些新思想、新概念、新技術(shù)、新進(jìn)展等。2023/1/195§6.1激光掃描激光掃描是激光技術(shù)在諸多應(yīng)用中很活躍的一個(gè)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步和日益普及同時(shí)促進(jìn)了激光掃描技術(shù)的發(fā)展，它被廣泛地應(yīng)用于近代復(fù)雜的光、機(jī)、電儀器中。例如，印刷板曝光，激光打印機(jī)，圖像傳真，圖像處理，激光照排，制作微縮膠片，大屏幕圖像投影儀，掃描光柵頻譜儀，紅外探測儀，激光掃描顯微鏡，激光掃描超聲顯微鏡，三維視覺模擬偏轉(zhuǎn)器，激光掃描檢眼鏡，激光微調(diào)機(jī)，激光標(biāo)記機(jī)，尺寸檢測儀，條形碼掃描器等。下面主要介紹現(xiàn)有的激光掃描器及其基本特點(diǎn)和成功的應(yīng)用。2023/1/1966.1.1激光掃描器激光掃描器可分為低慣量掃描器(LowInertiaScanner)和全息掃描器。低慣量掃描器是指采用反射鏡偏轉(zhuǎn)光束并具有低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)子的掃描器，它具有靈活、體積小等優(yōu)點(diǎn)。全息掃描器是以全息術(shù)為基礎(chǔ)的掃描器，它能夠提供多方位和多焦距的掃描，滿足一些特定應(yīng)用的需要，且結(jié)構(gòu)較為簡單，成本也較低。2023/1/197(1)低慣量掃描器低慣量掃描器又可以分為檢流計(jì)掃描器和諧振鏡掃描器。檢流計(jì)掃描器能產(chǎn)生穩(wěn)定狀態(tài)的偏轉(zhuǎn)，高保真度的正弦掃描以及非正弦的鋸齒、三角或任意形式的掃描。采用活動(dòng)鐵芯結(jié)構(gòu)的、典型檢流計(jì)型掃描器如圖6-1所示，主要由電磁驅(qū)動(dòng)(包括帶滾球軸承的轉(zhuǎn)子)和位置傳感器兩個(gè)主要部分組成。圖6-1動(dòng)鐵低慣量掃描儀的結(jié)構(gòu)

2023/1/198(1)低慣量掃描器檢流計(jì)的動(dòng)態(tài)特性要求電磁驅(qū)動(dòng)部分具有低慣量、大轉(zhuǎn)矩和寬頻率特性。在滿足上述要求的情況下，它可以在伺服機(jī)構(gòu)的控制下實(shí)現(xiàn)任意波形的掃描。動(dòng)鐵低慣量掃描儀的轉(zhuǎn)子是實(shí)心的鐵芯，定子由永久磁鐵盒加載線圈組成。線圈繞在定子上，具有很好的散熱性，同時(shí)也避免了動(dòng)圈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子引接電極帶來的麻煩，相對提高轉(zhuǎn)子的防振性。它的轉(zhuǎn)矩是由永久磁鐵和固定線圈產(chǎn)生的電磁回路之間的相互作用獲得的。兩塊永久磁鐵通過軟磁鐵在四個(gè)空氣隙中建立控制磁力線。線圈加載后在磁路中產(chǎn)生磁力線，這一磁場使轉(zhuǎn)子的兩個(gè)對角一邊加強(qiáng)，而另一邊減弱，從而產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩。2023/1/199(1)低慣量掃描器為了保證檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)的精度，檢流計(jì)掃描器采用閉環(huán)電路，用傳感器精確測量檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)角，并與其控制值進(jìn)行比較，把比較信號(hào)反饋到驅(qū)動(dòng)電路中，從而使閉環(huán)控制電路獲得檢流計(jì)的高精度偏轉(zhuǎn)。傳感器的質(zhì)量決定了掃描器和系統(tǒng)的精度。光學(xué)傳感器通常使用干涉法和光柵法，并與系統(tǒng)結(jié)合在一起，它的分辨率主要受波長和溫度的影響。磁位置傳感器是傳感元件在磁路中由于位置發(fā)生變化而導(dǎo)致感應(yīng)電壓變化的傳感器件，它不適用于高性能的掃描器。電容傳感器經(jīng)常應(yīng)用在檢流計(jì)掃描器中，如圖6-34所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子角度發(fā)生變化時(shí)，電容傳感器輸出附件一個(gè)不平衡的小電容，給出轉(zhuǎn)子和定子間相對角度變化的信息。2023/1/1910(1)低慣量量掃描描器常用的的感應(yīng)應(yīng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)線圈圈諧振振鏡掃掃描器器典型型結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖圖6-2所示，，包括括平衡衡的扭扭力桿桿和電電感轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩驅(qū)驅(qū)動(dòng)部部分。。反射射鏡被被扭力力桿T1和T2完全對對稱懸懸掛，，當(dāng)反反射鏡鏡運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)，，不會(huì)會(huì)引起起扭力力擾動(dòng)動(dòng)。圖6-2感應(yīng)驅(qū)驅(qū)動(dòng)線線圈諧諧振鏡鏡掃描描器結(jié)結(jié)構(gòu)諧振鏡鏡掃描描器只能工作在在很窄窄的頻頻率范范圍內(nèi)內(nèi)，它的的振蕩蕩是一一種簡簡單、、周期期性的的諧振振運(yùn)動(dòng)動(dòng)，但但若采采用諧諧振放放大器器，掃掃描器器將具具有很很高的的掃描描頻率率和很很大的的掃描描角。。2023/1/111(1)低低慣量掃掃描器與變壓器器的工作作原理一一樣，驅(qū)驅(qū)動(dòng)線圈圈的磁場場通過軟軟鐵芯與與轉(zhuǎn)子的的相互作作用而產(chǎn)產(chǎn)生。感感應(yīng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)線圈諧諧振鏡掃掃描器的的轉(zhuǎn)子是是長方形形的金屬屬環(huán)，在在環(huán)中產(chǎn)產(chǎn)生感應(yīng)應(yīng)電流，，它的動(dòng)動(dòng)圈通過過感應(yīng)加加載。低慣量掃掃描器系系統(tǒng)的選選擇取決決于對掃掃描器應(yīng)應(yīng)用的要要求。在不同的的應(yīng)用中中對掃描描器的參參數(shù)要求求是不一一樣的，，它的主主要參數(shù)數(shù)有：光光斑的尺尺寸，光光斑的質(zhì)質(zhì)量，光光點(diǎn)掃描描的速度度和回掃掃時(shí)間，，光斑在在掃描場場中的線線性；掃掃描角的的大小和和鏡面反反射的質(zhì)質(zhì)量等。。2023/1/112低慣量掃描描器常用于于二維平面面場掃描，其結(jié)構(gòu)主主要有簡單單的雙鏡系系統(tǒng)、中繼繼透鏡系統(tǒng)統(tǒng)和槳形雙雙鏡系統(tǒng)等等。簡單雙鏡系系統(tǒng)的光路路圖如圖6-3所示，X軸和Y軸反射鏡的的中心分別別為點(diǎn)a和點(diǎn)b。掃描點(diǎn)c的坐標(biāo)為(0,Yi)。d是點(diǎn)b到輸出平面面坐標(biāo)中心心(0,0)點(diǎn)的距離。。X軸和Y軸的掃描角角分別為θx和θy。像平面上上任意點(diǎn)的的坐標(biāo)為(Xi，Yi)，當(dāng)Xi=Yi=0時(shí)，有θx=θy=0°。圖6-3簡單雙鏡系系統(tǒng)光路圖圖2023/1/113第一、二個(gè)個(gè)中繼透鏡鏡的焦距分分別為f1、f2，兩透鏡相相距f1+f2。第二個(gè)掃描描器的掃描描軸與第一一個(gè)掃描器器的掃描軸軸正交，并并與光軸交交于B點(diǎn)。當(dāng)入射射細(xì)光束打打在A點(diǎn)上時(shí)，則則有二維掃掃描的細(xì)光光束從B點(diǎn)出射，如如圖6-1(a)俯視圖的情情況；如果果入射光束束是一束準(zhǔn)準(zhǔn)直光束，，當(dāng)它通過過第二個(gè)中中繼透鏡后后，出射光光束也是準(zhǔn)準(zhǔn)直光束，，如圖6-1(b)側(cè)視圖所示示。圖6-4中繼透鏡系系統(tǒng)光路圖圖中繼透鏡系系統(tǒng)的光路路圖如圖6-4所示。第一個(gè)掃描描器的掃描描軸(即鏡面的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)中心)與光軸相交交于A點(diǎn)2023/1/114槳形雙雙鏡系系統(tǒng)的的光路路圖如如圖6-5所示，，兩根根掃描描軸正正交、、共面面，形形成一一個(gè)X-Y平面。。以X軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的反反射鏡鏡(X鏡)轉(zhuǎn)軸在在反射射鏡的的一邊邊，以以Y軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的反反射鏡鏡(Y軸)轉(zhuǎn)軸在在反射射鏡的的中間間，兩兩個(gè)鏡鏡面在在與X-Y平面相相交都都為45°°。當(dāng)入射射光束束以平平行Y軸的方方向入入射，，且在在X鏡轉(zhuǎn)角角很小小的一一級(jí)近近似的的情況況下，，由X鏡反射射的光光束在在Y鏡上的的位置置基本本保持持不變變，它它只改改變了了出射射光束束的方方向。。圖6—5槳形雙雙鏡系系統(tǒng)光光路圖圖2023/1/115(2)全息掃掃描器-4全息掃描器是是以全息術(shù)為為基礎(chǔ)的掃描描器，它能夠夠提供多方位位和多焦距的的掃描，滿足足一些特定應(yīng)應(yīng)用的需要，，且結(jié)構(gòu)較為為簡單，成本本也較低。全息掃描器器是激光全全息掃描系系統(tǒng)的關(guān)鍵鍵元件，它它主要應(yīng)用用了全息技技術(shù)的波前前變換，以以復(fù)雜波前前的記錄和和再現(xiàn)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)光束的控控制。2023/1/116當(dāng)全全息息透透鏡鏡在在位位置置l時(shí)，，再再現(xiàn)現(xiàn)光光照照在在全全息息透透鏡鏡的的右右側(cè)側(cè)，，衍衍射射的的會(huì)會(huì)聚聚光光聚聚焦焦在在像像平平面面位位置置1處。。如果果把把全全息息透透鏡鏡從從位位置置1移動(dòng)動(dòng)到到位位置置2，再再現(xiàn)現(xiàn)光光在在全全息息透透鏡鏡上上的的位位置置也也從從右右側(cè)側(cè)移移到到左左側(cè)側(cè)，，如如圖圖中中虛虛線線所所示示，，這這時(shí)時(shí)衍衍射射會(huì)會(huì)聚聚光光的的焦焦點(diǎn)點(diǎn)也也從從像像平平面面的的位位置置l移動(dòng)動(dòng)到到位位置置2。因此此把把全全息息透透鏡鏡從從位位置置1移動(dòng)動(dòng)到到位位置置2時(shí)，，在在像像平平面面上上就就出出現(xiàn)現(xiàn)了了一一根根掃掃描描線線。。圖6-7全息息掃掃描描原原理理全息息掃掃描描的的基基本本原原理理如如圖圖6-7所示示，，用用發(fā)發(fā)散散的的細(xì)細(xì)光光束束作作為為再再現(xiàn)現(xiàn)光光，，照照明明全全息息透透鏡鏡的的一一個(gè)個(gè)小小區(qū)區(qū)域域。。2023/1/117全息掃描器-6用上述全息掃掃描的基本概概念來實(shí)現(xiàn)復(fù)復(fù)雜的掃描過過程時(shí)有許多多實(shí)際問題需需要解決，如如在全息掃描描器設(shè)計(jì)中應(yīng)應(yīng)考慮光學(xué)結(jié)結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)結(jié)構(gòu)的合理性性。光學(xué)結(jié)構(gòu)首先先是選擇全息息圖的類型，，是采用反射射全息圖或采采用透射全息息圖，然后設(shè)設(shè)計(jì)全息圖的的光學(xué)結(jié)構(gòu)參參數(shù)。機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)設(shè)計(jì)要求滿足足光學(xué)結(jié)構(gòu)的的要求并簡單單可行。不同類型的全全息圖在掃描描器中有不同同的要求，對對于透射全息息圖，全息材材料的均勻性性和襯底基片片的質(zhì)量要求求較高，而對對機(jī)械振動(dòng)的的要求相對比比較低。相反地，對于于反射全息圖圖，由于再現(xiàn)現(xiàn)光不通過基基片，所以只只要求全息圖圖的表面質(zhì)量量好，對基片片的均勻性要要求不高，但但對軸承的要要求比用透射射全息圖時(shí)要要高，即要求求高精度和高高穩(wěn)定性的軸軸承。2023/1/118全息掃描器-7全息掃描器的的設(shè)計(jì)要綜合合考慮各方面面的因素，其其中包括：對對掃描線質(zhì)量量的要求，全全息掃描器參參數(shù)(包括掃描參數(shù)數(shù)和運(yùn)行參數(shù)數(shù)兩類，掃描描參數(shù)有光斑斑尺寸、掃描描線長度、焦焦距、掃描的的線性、場曲曲、掃描速度度、全息圖的的尺寸和子全全息圖的數(shù)目目等；運(yùn)行參參數(shù)有工作距距離、角寬度度、子全息圖圖數(shù)、旋轉(zhuǎn)軸軸與全息圖上上再現(xiàn)激光光光斑之間的距距離、記錄和和再現(xiàn)波前的的取向及形狀狀和旋轉(zhuǎn)速度度等)的要求，以及及全息掃描器器制作和使用用的可行性等等。全息掃描器各各參數(shù)間有很很強(qiáng)的依賴關(guān)關(guān)系，在許多多情況下甚至至相互矛盾，，因此經(jīng)常采采用折衷的方方案達(dá)到實(shí)用用的目的。2023/1/119全息掃描器-8全息掃描器具具有一些突出出的優(yōu)點(diǎn)：首先是全息圖圖作為偏轉(zhuǎn)元元件，具有聚聚焦和偏轉(zhuǎn)兩兩個(gè)功能。它它的焦距的長長短和偏轉(zhuǎn)的的方向可以通通過記錄光路路和再現(xiàn)光路路的參數(shù)來確確定，因此在在一個(gè)掃描器器中用不同參參數(shù)的全息圖圖能實(shí)現(xiàn)多方方位、多焦距距的掃描，這這是全息掃描描器最突出的的優(yōu)點(diǎn)。其次是全息圖圖作為掃描元元件時(shí)能夠收收集被掃描物物體的散射光光。在散射光光中包含被掃掃描物體的信信息，全息圖圖把帶有信息息的散射光會(huì)會(huì)聚到探測器器，對于不需需要的環(huán)境光光具有濾波作作用，因此全全息掃描器能能應(yīng)用在環(huán)境境較差的場合合。2023/1/120全息掃掃描器器-9再次是是全息息圖可可以裝裝配在在各種種基片片上，，它的的重量量與底底座相相比可可以忽忽略，，因此此很容容易實(shí)實(shí)現(xiàn)小小型化化。最后是是全息息圖能能大量量地制制造或或復(fù)制制，與與一般般光學(xué)學(xué)元件件相比比價(jià)格格較低低廉。。當(dāng)然全全息掃掃描器器在應(yīng)應(yīng)用中中也有有一些些不足足：首先是是寬帶帶的記記錄材材料比比較缺缺乏，，因此此記錄錄和再再現(xiàn)中中要使使用不不同波波長的的激光光，會(huì)會(huì)引入入一些些像差差。為為了得得到高高質(zhì)量量的光光斑，，要進(jìn)進(jìn)行一一些像像差校校正工工作。。其次是是全息息圖的的衍射射效率率也是是一個(gè)個(gè)較大大的限限制。。2023/1/1212.激激光光掃掃描描器器的的應(yīng)應(yīng)用用實(shí)實(shí)例例激光光掃掃描描器器的的應(yīng)應(yīng)用用十十分分廣廣泛泛，，前前面面已已經(jīng)經(jīng)對對它它的的應(yīng)應(yīng)用用范范圍圍作作了了簡簡單單地地介介紹紹，，這這里里僅僅結(jié)結(jié)合合三三個(gè)個(gè)具具體體的的應(yīng)應(yīng)用用實(shí)實(shí)例例進(jìn)進(jìn)行行介介紹紹。。(1)激光光照照排排機(jī)機(jī)圖6-8給出出了了一一激激光光照照排排機(jī)機(jī)的的原原理理。。圖6-8激光光照照片片機(jī)機(jī)的的原原理理2023/1/122(1)激光光照照排排機(jī)機(jī)-1圖6-8給出出了了一一激激光光照照排排機(jī)機(jī)的的原原理理，，采用用He-Ne激光光器器作作為為光源源；聲聲光光調(diào)調(diào)制制器器作作為為激激光光的的高速速開開關(guān)關(guān)，由由計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)的的文文圖圖信信息息控制制；密密度度盤盤用用于于調(diào)調(diào)整整對對膠膠片片的的最最佳佳曝光光量量；擴(kuò)擴(kuò)束束器器用用于于改改善善激激光光的的發(fā)散散角角；由由點(diǎn)點(diǎn)擊擊驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鏡鏡旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)激激光光束束的的主掃掃描描；在在同同一一軸軸上上安安裝裝光光柵柵作作為為像像元元時(shí)鐘鐘，提提高高光光點(diǎn)點(diǎn)的的位位置置精精度度。。F-8物鏡鏡將將激激光光會(huì)會(huì)聚聚在在膠膠片片上上，，膠膠片片由由輸輸片片機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)帶帶動(dòng)動(dòng)，，作作垂垂直直于于掃掃描描方方向向的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)副副掃掃描描，，激激光光通通過過轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鏡鏡掃掃描描和和膠膠片片運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)二二維維掃掃描描，，在在膠膠片片上上形形成成一一幅幅完完整整的的文文字字和和圖圖像像。。激光束掃掃描和膠膠片運(yùn)動(dòng)動(dòng)要求嚴(yán)嚴(yán)格保持持同步，，即激光光掃描完完一條線線之后，，膠片剛剛好移動(dòng)動(dòng)一條線線寬的距距離。在圖中膠膠片的上上方一側(cè)側(cè)有一個(gè)個(gè)光電器器件，作作為行起起始的基基準(zhǔn)。2023/1/123(1)激光照照排機(jī)機(jī)-2隨著技技術(shù)的的發(fā)展展，現(xiàn)現(xiàn)已有有多種種激光光照排排機(jī)，，主要要有絞絞盤式式激光光照排排機(jī)、、外滾滾筒激激光照照排機(jī)機(jī)、平平臺(tái)式式激光光照排排機(jī)、、內(nèi)滾滾筒式式激光光照排排機(jī)和和虛擬擬滾筒筒式激激光照照排機(jī)機(jī)。這幾類類激光光照排排機(jī)各各有優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)，它它們的的比較較如表表6-1所示。。對于希希望生生產(chǎn)效效率高高、操操作方方便、、節(jié)省省膠片片的印印刷(包括中中檔彩彩色印印刷)，一般般采用用絞盤盤式；；而對于于高精精度、、高分分辨率率、大大幅面面的精精細(xì)彩彩色印印刷，，則采采用內(nèi)內(nèi)滾筒筒式或或外滾滾筒式式。激光照照排機(jī)機(jī)的關(guān)關(guān)鍵技技術(shù)是是光源源、聲聲光調(diào)調(diào)制器器、激激光掃掃描、、副掃掃描技技術(shù)和和電路路控制制技術(shù)術(shù)。從技術(shù)術(shù)發(fā)展展來看看，激激光照照排機(jī)機(jī)有向向激光光直接接制版版機(jī)發(fā)發(fā)展的的趨勢勢.激光制制版機(jī)機(jī)是激激光直直接掃掃描在在印刷刷版材材上，，激光光直接接制版版的原原理和和激光光照排排機(jī)相相同，，只是是感光光介質(zhì)質(zhì)不同同，即即用版版材代代替激激光照照排機(jī)機(jī)中的的膠片片。2023/1/124表6-1激光照排機(jī)機(jī)的類型分分析比較平臺(tái)式外滾筒式內(nèi)滾筒式虛擬滾筒式絞盤式掃描速度快慢快快快定位精度高高高高中、高結(jié)構(gòu)復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜幅面中大大中中膠片成卷單片成卷成卷成卷附屬設(shè)備真空泵真空泵無無無噪聲大大小小小成本高高高低低體積大大大小小重量大大大小小適用介質(zhì)膠片相紙版材膠片膠片相紙版材膠片相紙版材膠片相紙版材工作環(huán)境一般嚴(yán)格一般一般一般類型項(xiàng)目2023/1/125(2)激光光縮縮微微機(jī)機(jī)激光光縮縮微微機(jī)機(jī)是是用用激激光光掃掃描描器器把把計(jì)計(jì)算算存存儲(chǔ)儲(chǔ)的的信信息息直直接接制制作作到到縮縮微微膠膠片片上上的的機(jī)機(jī)器器。。圖6-9激光光縮縮微微機(jī)機(jī)原原理理圖6-9給出出了了激激光光縮縮微微機(jī)機(jī)的的原原理理，，圖圖中中有有兩兩個(gè)個(gè)掃掃描描器器，，沿沿x方向向掃掃描描的的叫叫行行掃掃描描器器，，沿沿Y方向向掃掃描描的的稱稱為為頁頁掃掃描描器器。。2023/1/126(2)激光光縮微微機(jī)-1激光光光源輸輸出的的單光光束經(jīng)經(jīng)聲光光調(diào)制制器產(chǎn)產(chǎn)生9個(gè)不同同頻率率(40MHz~50MHz)的時(shí)序序調(diào)制制，得得到9個(gè)被調(diào)調(diào)整的的時(shí)分分復(fù)用用光束束。掃描器器同時(shí)時(shí)用9根激光光束掃掃描，，字符符可以以由這這9根激光光束的的調(diào)制制信號(hào)號(hào)得到到，每每行像像素的的總數(shù)數(shù)1500個(gè)。9根光束束用一一個(gè)激激光源源，但但它們們在不不同瞬瞬間被被不同同的頻頻率調(diào)調(diào)制，，因此此每根根光束束的調(diào)調(diào)制信信號(hào)是是獨(dú)立立的。。行掃描描器的的周期期為4.8ms，回掃掃時(shí)間間為1ms。掃描描器掃掃描的的位置置精度度可達(dá)達(dá)萬分分之一一。2023/1/127(3)條形形碼掃掃描器器激光條條形碼碼掃描描器由由激光光源、、光學(xué)學(xué)掃描描、光光學(xué)接接收、、光電電轉(zhuǎn)換換、信信號(hào)放放大、、整形形、量量化和和譯碼碼等部部分組組成。。早期的的掃描描器大大多采采用He-Ne激光器器，而而采用用MOVPE(金屬氧氧化物物氣相相外延延)技術(shù)制制造的的可見見光半半導(dǎo)體體激光光器具具有低低功耗耗、可可直接接調(diào)制制、體體積小小、重重量輕輕、固固體化化、可可靠性性高、、效率率高等等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，它它一出出現(xiàn)很很快就就替代代了原原來使使用的的He--Ne激光器器。從激光光源發(fā)發(fā)出的的激光光束需需通過過掃描描系統(tǒng)統(tǒng)形成成掃描描線或或掃描描圖案案。條碼掃掃描器器的掃掃描系系統(tǒng)一一般采采用旋旋轉(zhuǎn)棱棱鏡掃掃描和和全息息掃描描兩種種方案案。2023/1/128(3)條形碼掃描描器-1全息掃描系系統(tǒng)具有結(jié)結(jié)構(gòu)緊湊、、可靠性高高和造價(jià)低低廉等顯著著優(yōu)點(diǎn)，自自從IBM公司在3687型掃描器(其光學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)如圖6-10所示)上首先應(yīng)用用以來得到到了廣泛的的應(yīng)用，且且不斷推陳陳出新。圖6-10IBM3687型條形碼掃掃描器光學(xué)學(xué)系統(tǒng)2023/1/129(3)條形碼碼掃描器-2全角度掃描這這個(gè)概念是為為了提高超級(jí)級(jí)市場的流通通速度而提出出的，并設(shè)計(jì)計(jì)了與之相應(yīng)應(yīng)的UPC(UniversalProductCode)條碼。對于UPC碼兩個(gè)掃描方方向的“X’’掃描圖案已能能實(shí)現(xiàn)全角度度掃描。手持單線掃描描器由于掃描描速度低、掃掃描角度較小小等原因，產(chǎn)產(chǎn)生了多種實(shí)實(shí)現(xiàn)光束掃描描的方案。除采用旋轉(zhuǎn)棱棱鏡、擺鏡外外，還能通過過運(yùn)動(dòng)光學(xué)系系統(tǒng)中的很多多部件來進(jìn)行行光束掃描。。如通過運(yùn)動(dòng)動(dòng)半導(dǎo)體激光光器、運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)準(zhǔn)直透鏡等來來實(shí)現(xiàn)光束掃掃描。掃描光光束射到條碼碼符號(hào)上后被被散射，由接接收系統(tǒng)接收收足夠多的散散射光。2023/1/130(3)條形形碼掃掃描器器-3在激光光全角角度掃掃描器器中，，普遍遍采用用反向向接收收系統(tǒng)統(tǒng)。它它的的的瞬時(shí)時(shí)視場場極小小，可可以極極大地地提高高信噪噪比，，還能能提高高對條條碼符符號(hào)鏡鏡面反反射的的抑制制能力力，并并且對對接收收透鏡鏡的要要求亦亦很低低。此此外，，它還還能使使接收收器的的敏感感面較較小，，接收收器成成本亦亦較低低。它的缺缺點(diǎn)是是當(dāng)掃掃描光光束位位于掃掃描系系統(tǒng)各各元件件邊緣緣時(shí)要要產(chǎn)生生漸暈暈現(xiàn)象象。接收到到的光光信號(hào)號(hào)需要要經(jīng)光光電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器器轉(zhuǎn)換換成電電信號(hào)號(hào)。全全角度度掃描描器中中的條條碼信信號(hào)頻頻率比比較高高(幾兆赫赫到幾幾十兆兆赫)，要求求光電電轉(zhuǎn)換換器采采用具具有高高頻率率響應(yīng)應(yīng)能力力的雪雪崩光光電二二極管管(APD)或PIN光電二二極管管。為為了長長時(shí)間間連續(xù)續(xù)操作作人員員的安安全，，要求求激光光源出出射能能量較較小，，這使使得最最后接接收到到的能能量極極弱。。2023/1/131(3)條條形形碼碼掃掃描描器器-4為了了得得到到較較高高的的信信噪噪比比，，通通常常采采用用前前置置放放大大電電路路來來低低噪噪聲聲地地放放大大信信號(hào)號(hào)。。在在手手持持槍槍式式掃掃描描器器中中一一般般采采用用硅硅光光電電池池、、光光電電二二極極管管或或光光電電三三極極管管作作為為光光電電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器件件，，它它的的出出射射光光能能量量相相對對較較強(qiáng)強(qiáng)，，信信號(hào)號(hào)頻頻率率較較低低，，因因此此對對電電子子元元器器件件特特性性要要求求不不是是很很高高。。整形形后后的的電電信信號(hào)號(hào)經(jīng)經(jīng)過過量量化化后后，，由由譯譯碼碼單單元元譯譯出出其其中中所所含含信信息息。。全角角度度掃掃描描器器由由于于數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)率率高高，，且且得得到到的的大大多多數(shù)數(shù)為為非非條條碼碼信信號(hào)號(hào)和和不不完完整整條條碼碼信信號(hào)號(hào)，，要要求求譯譯碼碼器器有有自自動(dòng)動(dòng)識(shí)識(shí)別別有有效效條條碼碼信信號(hào)號(hào)的的能能力力。。這對對譯譯碼碼單單元元的的要要求求較較高高(較高高的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處理理能能力力和和較較大大的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)吞吞吐吐量量)，目目前前普普遍遍采采用用軟軟、、硬硬件件緊緊密密結(jié)結(jié)合合的的方方法法來來解解決決。。2023/1/132§6.2激光打印印機(jī)隨著計(jì)算算機(jī)技術(shù)術(shù)和電子子技術(shù)的的不斷發(fā)發(fā)展，計(jì)計(jì)算機(jī)系系統(tǒng)的處處理速度度日益加加快。傳統(tǒng)的擊擊打式打打印機(jī)在在打印質(zhì)質(zhì)量、打打印速度度、工作作噪聲等等方面都都存在這這嚴(yán)重的的不足，，迫切需需要一種種速度高高、噪聲聲低的新新型打印印機(jī);同時(shí)由于于激光掃掃描技術(shù)術(shù)和電子子照相技技術(shù)的快快速發(fā)展展，一種種新型打打印機(jī)——激光打印印機(jī)應(yīng)運(yùn)運(yùn)而生，，并成為為激光掃掃描技術(shù)術(shù)的又一一突出應(yīng)應(yīng)用。2023/1/1331．激光光打印機(jī)機(jī)原理及及組成不同的廠廠家已生生產(chǎn)出多多種不同同型號(hào)的的激光打打印機(jī)，，但它們們的基本本原理、、基本組組成和工工作過程程大致相相同。激光打印印機(jī)的基基本原理理是：將將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)，再調(diào)調(diào)制激光光束在感感光鼓上上掃描，，感光鼓鼓將吸附附的墨粉粉轉(zhuǎn)印到到紙上，，通過控控制激光光束的開開與關(guān)使使感光鼓鼓吸與不不吸墨粉粉，感光光鼓在紙紙上滾動(dòng)動(dòng)從而形形成文字字。2023/1/1341．激光光打印機(jī)機(jī)原理及及組成-16-11激光打印印機(jī)的基基本組成成激光器——產(chǎn)生激光光。激光掃描描系統(tǒng)——負(fù)責(zé)將接接口電路路送來的的二進(jìn)制制點(diǎn)陣信信息調(diào)制制到激光光束上，，然后掃掃描到感感光鼓上上.感光鼓和和電子照照相轉(zhuǎn)印印機(jī)構(gòu)——負(fù)責(zé)將掃掃描到感感光鼓上上的圖文文映像轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)印到打打印紙上上，故兩兩者又合合稱為電電子成像像系統(tǒng)。。2023/1/1351．激光打印印機(jī)原理及組組成-2除了以上主要要組件外，還還要有電源系系統(tǒng)和機(jī)械系系統(tǒng)的密切配配合，才能完完成整個(gè)打印印過程。電源源系統(tǒng)提供各各種電源電壓壓，使激光打打印機(jī)的各個(gè)個(gè)組件正常工工作。機(jī)械系統(tǒng)負(fù)責(zé)責(zé)完成打印紙紙?jiān)诖蛴C(jī)中中的各種動(dòng)作作，又稱之為為打印紙傳送送系統(tǒng)。從信號(hào)輸入激激光打印機(jī)到到激光掃描系系統(tǒng)把其調(diào)制制在激光束上上，這一部分分有時(shí)也稱為為視頻控制器器，主要從計(jì)計(jì)算機(jī)接收要要打印的信息息，并進(jìn)一步步產(chǎn)生視頻信信號(hào)，然后送送到激光掃描描系統(tǒng)對激光光束進(jìn)行調(diào)制制。2023/1/1362．激光打印印機(jī)的基本本工作過程程及控制系系統(tǒng)簡介(1)激光掃描系系統(tǒng)工作過過程激光掃描系系統(tǒng)由光調(diào)調(diào)制器、掃掃描器、光光偏轉(zhuǎn)器、、同步器和和高頻驅(qū)動(dòng)動(dòng)電路等組組成，它的的基本工作作過程如下下：激光器產(chǎn)生生激光束經(jīng)經(jīng)反射鏡反反射進(jìn)入光光調(diào)制器，，同時(shí)計(jì)算算機(jī)送來二二進(jìn)制圖文文點(diǎn)陣信息息由接口電電路送到字字型發(fā)生器器，產(chǎn)生所所需要的二二進(jìn)制脈沖沖信號(hào)，經(jīng)經(jīng)過頻率合合成器和功功率放大器器進(jìn)行合成成、放大后后也送入光光調(diào)制器，，并對反射射鏡反射過過來的激光光束進(jìn)行調(diào)調(diào)制。由光光調(diào)制器輸輸出的調(diào)制制光入射到到多面轉(zhuǎn)鏡鏡，再通過過廣角聚焦焦鏡后掃描描到感光鼓鼓上，從而而把多面轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)鏡的角速速度掃描變變成感光鼓鼓上的線速速度掃描，，這樣就完完成了整個(gè)個(gè)激光掃描描過程。由上可知，，通過視頻頻信號(hào)可以以控制激光光束的有和和無，通過過控制激光光束的強(qiáng)弱弱，可以控控制打印的的對比度，，即所謂的的“調(diào)制””。再配合合感光鼓的的轉(zhuǎn)動(dòng)，可可以實(shí)現(xiàn)角角速度掃描描到線速度度掃描的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變，完成成行掃描和和列掃描，，、形成一一幅二維的的電子潛像像。2023/1/137電子成像是將將感光鼓上的的二維電子潛潛像經(jīng)炭粉投投影方式顯影影，然后轉(zhuǎn)印印到打印紙上上，再經(jīng)加熱熱加壓定影，，使粉末狀的的墨粉微粒熔熔化滲入紙纖纖維中，成為為永久性的打打印輸出。整個(gè)工作過程程可簡單概括括為：充電一掃描曝曝光一墨粉顯顯影一轉(zhuǎn)印到到紙上一加熱熱加壓定影輸輸出一消電一一清掃剩余墨墨粉一光照再再次充電的循循環(huán)過程。首先，當(dāng)機(jī)械械部件開始動(dòng)動(dòng)作時(shí)，感光光鼓上方的主主電暈中一根根屏蔽的鎢絲絲被充電到數(shù)千伏的高高壓，使主電電暈產(chǎn)生電暈暈放電，周圍圍的空氣被電電離?？諝庵兄械呢?fù)電荷被被遷移到感光光鼓表面，均均勻地分布在在鼓的上面，，使感光鼓表表面充滿電荷荷。(2)電子成像工作作過程2023/1/138然后，調(diào)制制后的激光光束(由激光掃描描系統(tǒng)產(chǎn)生生)掃描到感光鼓，，使布滿電電荷的感光光鼓被激光光束照射的的部分曝光，從而使感感光鼓帶有有不可視的的靜電潛像像——靜電電荷陣陣列。用墨粉對其其進(jìn)行顯影，使墨粉附附著在靜電電潛像上。。顯影后，感感光鼓通過過傳輸電暈暈作用把墨墨粉圖像轉(zhuǎn)印到打印印紙上。再對其加熱熱加壓定影，使其熔化化滲入到紙紙纖維中。。這樣就把需需要打印的的文字或圖圖像轉(zhuǎn)印到到打印紙上上，成為永永久性的打印輸出。在打印下一一幅圖文信信息之前，，要將感光光鼓上的剩余電荷及及墨粉清除除干凈。(2)電子成像工工作過程-12023/1/139一臺(tái)好的打打印機(jī)不僅僅需要好的的掃描系統(tǒng)統(tǒng)、電子成成像系統(tǒng)和和可觀賞的的外殼，還還需要好的的機(jī)械系統(tǒng)統(tǒng)與之配合合以完成各各種機(jī)械動(dòng)動(dòng)作。機(jī)械系統(tǒng)最最主要的工工作是負(fù)責(zé)責(zé)打印紙?jiān)谠诩す獯蛴∮C(jī)中的傳傳送，此外外圖像生成成也需要機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的的配合。當(dāng)一個(gè)打印印循環(huán)開始始時(shí)，主電電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，機(jī)械連連軸器驅(qū)動(dòng)動(dòng)感光鼓、、融解輥并并把打印紙紙送入打印印機(jī)的送紙紙輥。卷紙輥和定定位輥保持持打開并由由螺線管驅(qū)驅(qū)動(dòng)的離合合器調(diào)整。。在接收一張張紙時(shí)，卷卷紙輥離合合器嚙合，，刻有V形凹痕的卷卷紙輥轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)帶動(dòng)偏心心輪，并把把它拖入打打印機(jī)約7.5cm。(3)機(jī)械系統(tǒng)工工作過程2023/1/140轉(zhuǎn)動(dòng)一周周后，卷卷紙輥離離合器釋釋放，打打印紙停停留在定定位輥上上等待同同步信號(hào)號(hào)。當(dāng)同步信信號(hào)到來來時(shí)，咬咬合齒輪輪捕捉到到定位輥輥中的紙紙并傳送送到位，，和感光光鼓上碳碳粉圖像像的起始始位置對對齊。顯顯影后的的炭粉圖圖像和打打印紙面面同步后后，定位位輥離合合器嚙合合，把打打印紙送送入圖像像生成系系統(tǒng)。定位輥啟啟動(dòng)后保保持嚙合合，直到到打印紙紙退出打打印機(jī)，，顯影后后的碳粉粉圖像被被固定。。在打印印紙從熔熔結(jié)輥間間退出時(shí)時(shí)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)一張打打印紙退退出傳感感器，傳傳感器恢恢復(fù)到其其初始狀狀態(tài)。打印機(jī)的的電子控控制包知知道打印印紙離開開了打印印機(jī)，主主電動(dòng)機(jī)機(jī)可停止止工作；；或一張張新的打打印紙可可進(jìn)入，，開始下下一個(gè)打打印循環(huán)環(huán)。(3)機(jī)械系統(tǒng)統(tǒng)工作過過程-22023/1/141激光打印印機(jī)的整整體控制制系統(tǒng)包包括激光光掃描系系統(tǒng)的控控制、電電子成像像系統(tǒng)的的控制、、與計(jì)算算機(jī)接口口的控制制、緩存存及脫機(jī)機(jī)自檢等等控制。。激光掃描描的控制制主要完完成多面面轉(zhuǎn)鏡的的穩(wěn)速驅(qū)驅(qū)動(dòng)、行行同步信信號(hào)的檢檢測、處處理，半半導(dǎo)體激激光器的的調(diào)制與與驅(qū)動(dòng)等等。每次打印印開始，，打印機(jī)機(jī)從計(jì)算算機(jī)接收收數(shù)據(jù)信信號(hào)。要要將這些些數(shù)據(jù)信信號(hào)(包括整頁頁打印內(nèi)內(nèi)容的代代碼)變成調(diào)制制激光的的視頻信信號(hào)，或或者儲(chǔ)存存在某些些計(jì)算機(jī)機(jī)較大容容量的緩緩沖區(qū)內(nèi)內(nèi)；或者者在送往往打印機(jī)機(jī)前先編編譯出來來形成點(diǎn)點(diǎn)陣信息息。電子成像像系統(tǒng)的的控制主主要是控控制和協(xié)協(xié)調(diào)充電電、曝光光、顯影影、轉(zhuǎn)印印、進(jìn)紙紙、定影影、消電電、清潔潔等工作作步驟，，保證打打印出高高質(zhì)量的的字符和和圖形。。和其他外外部輸出出設(shè)備一一樣，激激光打印印機(jī)的接接口控制制部分負(fù)負(fù)責(zé)接收收和處理理主機(jī)發(fā)發(fā)來的各各種信號(hào)號(hào)，并向向主機(jī)發(fā)發(fā)回打印印機(jī)狀態(tài)態(tài)的信號(hào)號(hào)，協(xié)調(diào)調(diào)兩者的的工作。。(4)控制系統(tǒng)統(tǒng)簡介2023/1/1423.激光光打打印印機(jī)機(jī)的的國國內(nèi)內(nèi)外外發(fā)發(fā)展展?fàn)顮顩r況簡簡介介二十十世世紀(jì)紀(jì)70年代代中中期期，，美美國國率率先先將將激激光光引引入入打打印印機(jī)機(jī)領(lǐng)領(lǐng)域域，，綜綜合合利利用用激激光光掃掃描描技技術(shù)術(shù)和和電電子子照照相相技技術(shù)術(shù)，，研研制制出出激激光光打打印印機(jī)機(jī)。。早期期的的激激光光打打印印機(jī)機(jī)主主要要采采用用He-Ne激光光器器，，是是一一種種與與大大型型計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)配配套套的的高高速速輸輸出出設(shè)設(shè)備備，，它它體體積積大大、、成成本本高高、、價(jià)價(jià)格格昂昂貴貴，，應(yīng)應(yīng)用用面面不不廣廣，，然然而而它它在在打打印印質(zhì)質(zhì)量量、、打打印印速速度度、、打打印印精精度度、、穩(wěn)穩(wěn)定定性性和和圖圖像像質(zhì)質(zhì)量量方方面面具具有有突突出出的的優(yōu)優(yōu)勢勢。。隨著著半半導(dǎo)導(dǎo)體體激激光光技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展、、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)水水平平的的不不斷斷進(jìn)進(jìn)步步、、生生產(chǎn)產(chǎn)工工藝藝的的不不斷斷改改進(jìn)進(jìn)，，激激光光打打印印機(jī)機(jī)從從采采用用氣氣體體激激光光器器的的大大型型結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)發(fā)發(fā)展展到到采采用用半半導(dǎo)導(dǎo)體體激激光光器器的的小小型型臺(tái)臺(tái)式式結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，其其體體積積日日益益縮縮小小，，成成本本越越來來越越低低。。日本本、、美美國國等等國國相相繼繼研研制制出出多多功功能能、、低低價(jià)價(jià)格格、、高高質(zhì)質(zhì)量量的的臺(tái)臺(tái)式式激激光光打打印印機(jī)機(jī)，，激激光光打打印印機(jī)機(jī)迅迅速速達(dá)達(dá)到到了了普普及及程程度度，，它它為為越越來來越越多多的的計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)用用戶戶所所青青睞睞，，已已從從計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)的的主主要要輸輸出出設(shè)設(shè)備備拓拓寬寬到到各各個(gè)個(gè)領(lǐng)領(lǐng)域域。。2023/1/1433.激光打印機(jī)機(jī)的國內(nèi)外外發(fā)展?fàn)顩r況簡介進(jìn)入二十世世紀(jì)90年代以來，，由于大功功率半導(dǎo)體體激光器的的發(fā)展和計(jì)計(jì)算機(jī)控制制的廣泛應(yīng)應(yīng)用，激光光打印技術(shù)術(shù)日益成熟熟，成本不不斷下降，，其市場份份額已超過過針式打印印機(jī)，成為為打印市場場的主流產(chǎn)產(chǎn)品之一。。盡管我國激激光打印技技術(shù)發(fā)展迅迅速，重慶慶華蜀公司司、聯(lián)想集集團(tuán)、中科科院計(jì)算機(jī)機(jī)所中計(jì)公公司、紫金金公司、科科海公司等等都研制生生產(chǎn)了自己己的漢字激激光打印機(jī)機(jī)產(chǎn)品，憑憑借漢字處處理優(yōu)勢在在我國打印印機(jī)市場上上爭占一席席之地。但國內(nèi)產(chǎn)品品生產(chǎn)批量量小、成本本難以下降降，很難與與國外進(jìn)口口的低價(jià)打打印機(jī)競爭爭，因此國國內(nèi)目前使使用的打印印機(jī)大多數(shù)數(shù)為國外產(chǎn)產(chǎn)品。2023/1/1443.激光光打打印印機(jī)機(jī)的的國國內(nèi)內(nèi)外外發(fā)發(fā)展展?fàn)顮顩r況簡簡介介激光光打打印印機(jī)機(jī)的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢：：首先先是是臺(tái)臺(tái)式式低低速速打打印印機(jī)機(jī)向向著著小小型型化化、、高高速速度度和和高高分分辨辨率率方方向向發(fā)發(fā)展展，，即即打打印印速速度度由由20頁／／分分提提高高到到50-60頁／／分分、、分分辨辨率率由由300dpi提高高到到1000dpi以上上，，能能夠夠達(dá)達(dá)到到標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)報(bào)報(bào)刊刊印印刷刷所所要要求求的的分分辨辨率率；；其次次是是激激光光打打印印機(jī)機(jī)和和其其他他CA(CharmelAdapter)機(jī)器器相相結(jié)結(jié)合合，，朝朝兼兼容容、、集集成成化化方方向向發(fā)發(fā)展展，，如如Cannon和Ricoh的激激光光打打印印機(jī)機(jī)一一傳傳真真機(jī)機(jī)和和Ricoh公司司的的激激光光打打印印機(jī)機(jī)—復(fù)印印機(jī)機(jī)—傳真真機(jī)機(jī)三三合合一一的的機(jī)機(jī)種種等等；；此外外，，激激光光打打印印機(jī)機(jī)的的彩彩色色化化發(fā)發(fā)展展也也是是一一個(gè)個(gè)重重要要的的方方向向。。2023/1/1456.3激激光存儲(chǔ)儲(chǔ)技術(shù)隨著社會(huì)進(jìn)進(jìn)步、生產(chǎn)產(chǎn)和科學(xué)技技術(shù)的不斷斷發(fā)展，人人類對信息息的依賴程程度日益加加深，需要要處理、傳傳輸和存儲(chǔ)儲(chǔ)的信息急急劇增加，，這對信息息的存儲(chǔ)和和管理提出出了越來越越高的要求求。為滿足足信息社會(huì)會(huì)的發(fā)展需需求，光存存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)應(yīng)運(yùn)而生，，并成為現(xiàn)現(xiàn)代信息社社會(huì)中不可可缺少的存存儲(chǔ)技術(shù)之之一。早期人們用用縮微膠片片來存儲(chǔ)文文檔資料，，這是光存存儲(chǔ)的最早早形式。上世紀(jì)60年代激光問問世后，激激光全息技技術(shù)的發(fā)展展使具有更更大存儲(chǔ)容容量的三維維圖象存儲(chǔ)儲(chǔ)得以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，但其不不能進(jìn)行實(shí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存存取，無法法與磁存儲(chǔ)儲(chǔ)相比較。。上世紀(jì)70年代，光盤盤存儲(chǔ)技術(shù)術(shù)應(yīng)運(yùn)而生生并迅猛發(fā)發(fā)展.2023/1/1466.3激激光存儲(chǔ)儲(chǔ)技術(shù)-1第一代光盤盤存儲(chǔ)用GaAlAs半導(dǎo)體激光光器，波長長為0.78um(近紅外)，5寸光盤的存存儲(chǔ)容量為為0.76GB，即CD系列光盤；；第二代光盤盤存儲(chǔ)用GaAlInP激光器，波波長為0.65um(紅光)，存儲(chǔ)容量量為4.7GB，即數(shù)字多多功能光盤盤(DVD)系列；第三代光盤盤存儲(chǔ)已經(jīng)經(jīng)興起，使使用GaN半導(dǎo)體激光光器，波長長為0.41um(藍(lán)光)，存儲(chǔ)容量量可達(dá)27GB，為高密度度數(shù)字多功功能光盤即即HD—DVD光盤(藍(lán)碟)。上世紀(jì)80年代后期出出現(xiàn)的磁光光盤(MO)技術(shù)和90年代初期出出現(xiàn)的相變變光盤(PC)技術(shù)也得到到了飛快的的發(fā)展，并并且已經(jīng)進(jìn)進(jìn)入實(shí)用時(shí)時(shí)期。由此可見，，激光技術(shù)術(shù)的發(fā)明和和發(fā)展在光光存儲(chǔ)技術(shù)術(shù)的發(fā)展中中起了重要要的作用。。2023/1/147激光存儲(chǔ)的基基本原理、分分類及特點(diǎn)1、激光存儲(chǔ)的的基本原理激光存儲(chǔ)是利利用材料的某某種性質(zhì)對光光敏感。帶有信息的光光照射材料時(shí)時(shí)，該性質(zhì)發(fā)發(fā)生改變，且且能夠在材料料中記錄這種種改變，這就就實(shí)現(xiàn)了光信信息的存儲(chǔ)。。用激光對存儲(chǔ)儲(chǔ)材料讀取信信息時(shí)，讀出出光的性質(zhì)隨隨存儲(chǔ)材料性性質(zhì)的改變而而發(fā)生相應(yīng)的的變化，從而而實(shí)現(xiàn)已存儲(chǔ)儲(chǔ)光信息的讀讀取。2023/1/148激光存存儲(chǔ)的的基本本原理理、分分類及及特點(diǎn)點(diǎn)2、激光光存儲(chǔ)儲(chǔ)的分分類光存儲(chǔ)儲(chǔ)的分分類有有很多多種，，按數(shù)據(jù)據(jù)存取取方式式可分分為光光打點(diǎn)點(diǎn)式存存儲(chǔ)和和頁面面并行行存儲(chǔ)儲(chǔ)；按存儲(chǔ)儲(chǔ)介質(zhì)質(zhì)的厚厚度可可分為為二維維存儲(chǔ)儲(chǔ)和三三維存存儲(chǔ)；；按鑒別別存儲(chǔ)儲(chǔ)數(shù)據(jù)據(jù)的方方式可可分為為位置置選擇擇存儲(chǔ)儲(chǔ)和頻頻率選選擇存存儲(chǔ)等等等。。目前最最普遍遍、最最成熟熟的光光存儲(chǔ)儲(chǔ)技術(shù)術(shù)就是是光盤盤存儲(chǔ)儲(chǔ)，正正在發(fā)發(fā)展中中的存存儲(chǔ)技技術(shù)還還有全全息存存儲(chǔ)技技術(shù)、、光學(xué)學(xué)雙光光子雙雙穩(wěn)態(tài)態(tài)三維維數(shù)字字存儲(chǔ)儲(chǔ)技術(shù)術(shù)、持持續(xù)光光譜燒燒孔技技術(shù)、、電子子俘獲獲光存存儲(chǔ)技技術(shù)等等。2023/1/1493、激激光光存存儲(chǔ)儲(chǔ)的的特特點(diǎn)點(diǎn)現(xiàn)有有的的光光存存儲(chǔ)儲(chǔ)技技術(shù)術(shù)與與傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的磁磁存存儲(chǔ)儲(chǔ)技技術(shù)術(shù)相相比比有有如如下下特特點(diǎn)點(diǎn)：：1．?dāng)?shù)數(shù)據(jù)據(jù)存存儲(chǔ)儲(chǔ)密密度度高高、、容容量量大大。。理論論估估計(jì)計(jì)光光儲(chǔ)儲(chǔ)存存的的面面密密度度為為1／λ2。(其中入是用用于光存儲(chǔ)儲(chǔ)的波長)的數(shù)量級(jí)，，存儲(chǔ)的體體密度可達(dá)達(dá)1／λ3。2．壽命長。。磁存儲(chǔ)的信信息一般只只能保留2—3年。而光存存儲(chǔ)只要其其介質(zhì)穩(wěn)定定，壽命一一般在10年以上。3．非接觸式式讀／寫和和擦。用光讀／寫寫不會(huì)磨損損和劃傷存存儲(chǔ)介質(zhì)，，這不僅延延長了存儲(chǔ)儲(chǔ)壽命，而而且使存儲(chǔ)儲(chǔ)介質(zhì)易于于更換、移移動(dòng)，從而而更易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)海量存儲(chǔ)儲(chǔ)。4．信息位價(jià)價(jià)格低。由于光存儲(chǔ)儲(chǔ)密度高，，其信息位位價(jià)格可比比磁記錄的的低幾十倍倍。此外，光存存儲(chǔ)還有并行程度高高，抗電磁磁干擾性能能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。正正是由于這這些優(yōu)點(diǎn)，，光存儲(chǔ)技技術(shù)自激光光器發(fā)明以以來就一直直受到人們們的極大關(guān)關(guān)注。2023/1/150激激光光盤存儲(chǔ)儲(chǔ)激光光盤存儲(chǔ)儲(chǔ)技術(shù)是目前前最成熟的光光存儲(chǔ)技術(shù)，，也是應(yīng)用最最廣泛的存儲(chǔ)儲(chǔ)技術(shù)之一。。1．激光光盤存存儲(chǔ)的基本原原理光盤存儲(chǔ)包括括信息“寫入入”和“讀出出”兩個(gè)過程程。在信息的“寫寫入”過程中中，首先用待待存儲(chǔ)信息調(diào)調(diào)制寫入激光光的強(qiáng)度，并并使激光聚焦焦在記錄介質(zhì)質(zhì)中，形成極極微小的光照照微區(qū)，其光光照區(qū)發(fā)生相相應(yīng)的物理、、化學(xué)變化(反射率、折射射率、偏振特特性或其它特特性)，這樣記錄介介質(zhì)上有無物物理、化學(xué)性性質(zhì)的變化就就代表了信息息的有無，從從而完成信息息的“寫入””。在信息的“讀讀取”過程中中，用低強(qiáng)度度的穩(wěn)定激光光束掃描信息息軌道，隨著著光盤的高速速旋轉(zhuǎn)，介質(zhì)質(zhì)表面的反射射光強(qiáng)度(或光的其他性性質(zhì))隨存儲(chǔ)信息區(qū)區(qū)域的物理、、化學(xué)性質(zhì)變變化而發(fā)生變變化。用光電電探測器檢測測反射光信號(hào)號(hào)并加以解調(diào)調(diào)，便可取出出所存儲(chǔ)的信信息。2023/1/151圖6-27為一一基基本本的的光光盤盤系系統(tǒng)統(tǒng)圖圖。。圖6-27基本本的的激激光光光光盤盤系系統(tǒng)統(tǒng)圖圖圖6-28激光光光光盤盤記記錄錄斑斑示示意意圖圖1．激激光光光光盤盤存存儲(chǔ)儲(chǔ)的的基基本本原原理理-12023/1/1521．激光光光盤盤存儲(chǔ)儲(chǔ)的基基本原原理-2光盤是是在襯襯盤上上淀積積了記記錄介介質(zhì)及及其保保護(hù)膜膜的盤盤片，，在記記錄介介質(zhì)表表面沿沿螺旋旋形軌軌道，，以信信息斑斑的形形式寫寫入大大量的的信息息(參見圖圖6-28)，其記記錄軌軌道的的密度度達(dá)1000道／mm左右。。可見見信息息斑越越小，，光盤盤的存存儲(chǔ)密密度越越大。。由于物物鏡衍衍射極極限影影響焦焦點(diǎn)處處光匯匯聚的的最小小直徑徑(約為為λ／(2NA)，其其中中NA為物物鏡鏡的的數(shù)數(shù)值值孔孔徑徑)，因因此此光光盤盤的的存存儲(chǔ)儲(chǔ)密密度度為為(NA／λ)2。例如如在在采采用用氬氬離離子子激激光光器器(λ=457.9nm)和物物鏡鏡數(shù)數(shù)值值孔孔徑徑為為0.8的系系統(tǒng)統(tǒng)中中，，信信息息斑斑的的最最小小直直徑徑為為λ／(2NA)=457.9／(2×0.8)=0.29um，則則存存儲(chǔ)儲(chǔ)密密度度為為(NA／λ)2=3××1012m-2。對于于普普通通尺尺寸寸內(nèi)內(nèi)徑徑為為70mm、外外徑徑為為145mm的光光盤盤而而言言，，其其有有效效存存儲(chǔ)儲(chǔ)面面積積約約為為5.0×10-2m2，則則它它的的最最大大存存儲(chǔ)儲(chǔ)容容量量為為3×1012×5.0×10-2=1.5×1010bit。可見見采采用用更更短短波波長長的的激激光光器器和和高高數(shù)數(shù)值值孔孔徑徑的的物物鏡鏡可可以以提提高高光光盤盤的的存存儲(chǔ)儲(chǔ)密密度度。。2023/1/1531．激光光光盤存儲(chǔ)儲(chǔ)的基本本原理-3光盤存儲(chǔ)儲(chǔ)除了具具有存儲(chǔ)儲(chǔ)密度高高、抗電電磁干擾擾、存儲(chǔ)儲(chǔ)壽命長長、非接接觸式讀讀／寫信信息以及及信息位位價(jià)格低低廉等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)外，，還具有有信息載載噪比(CNR：載噪比比是載波波電平與與噪音電電平之比比，以分分貝表示示)高的突出出優(yōu)點(diǎn)。。光盤載載噪比均均在50dB以上，且且多次讀讀／寫后后不降低低。因而光盤盤多次讀讀出的音音質(zhì)和圖圖像清晰晰度是磁磁帶和磁磁盤所無無法比擬擬的。另外，光光盤的信信息傳輸輸速率也也比較高高?，F(xiàn)有光盤盤的數(shù)據(jù)據(jù)速率可可達(dá)50Mb／s以上，通通過改進(jìn)進(jìn)光學(xué)系系統(tǒng)并選選擇適當(dāng)當(dāng)?shù)募す夤獠ㄩL，，數(shù)據(jù)速速率還可可進(jìn)一步步提高。。2023/1/1542．激光光盤盤的類型計(jì)算機(jī)控制制的數(shù)字光光盤存儲(chǔ)技技術(shù)，按讀讀寫功能劃劃分主要有有如下四種種：(1)只讀存儲(chǔ)(Readonlymemory)光盤只讀式存儲(chǔ)儲(chǔ)光盤的記記錄介質(zhì)主主要是光刻刻膠，記錄錄方式是先先將信息刻刻錄在介質(zhì)質(zhì)上制成母母盤，然后后進(jìn)行模壓壓復(fù)制大量量子盤。這種光盤只只能用來播播放已經(jīng)記記錄在盤片片上的信息息，用戶不不能自行寫寫入。2023/1/1552．激光光盤盤的類型-1(2)一次寫入光光盤WORM(WriteOnceReadMemory，或稱為DRAW，DirectReadAfterWrite)一次寫人光光盤利用聚聚焦激光在在介質(zhì)的光光照微區(qū)產(chǎn)產(chǎn)生不可逆逆的物理或或化學(xué)變化化寫入信息息。其寫入入過程主要要是利用激激光的熱效效應(yīng)，記錄錄方式有燒燒蝕型、起起泡型、熔熔融型、合合金型、相相變型等很很多種。這類光盤具具有寫、讀讀兩種功能能，用戶可可以自行一一次寫入，，寫完即可可讀，但信信息一經(jīng)寫寫入便不可可擦除，也也不能反復(fù)復(fù)使用。這這種光盤可可用于文檔檔和圖像的的存儲(chǔ)。2023/1/1562．激激光光光光盤盤的的類類型型-2(3)可擦擦重重寫寫光光盤盤(Rewrite，或或Erasable--DRAW即EDAW)這類類光光盤盤可可多多次次寫寫入入、、讀讀取取信信息息，，但但寫寫入入前前需需先先將將已已有有的的信信息息擦擦去去，，然然后后再再寫寫入入新新的的信信息息，，即即寫寫、、擦擦信信息息是是分分開開的的兩兩個(gè)個(gè)過過程程。。寫入入時(shí)時(shí)先先用用擦擦激激光光將將某某一一信信道道上上的的信信息息擦擦除除，，然然后后再再用用寫寫激激光光將將新新信信息息寫寫入入。?？梢娨娺@這種種先先擦擦后后寫寫的的兩兩步步過過程程限限制制了了數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的存存儲(chǔ)儲(chǔ)速速率率，，因因而而尚尚未未應(yīng)應(yīng)用用到到計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)的的隨隨機(jī)機(jī)存存取取存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器(RandomAccessMemory．RAM)，但但它它在在海海量量脫脫機(jī)機(jī)存存儲(chǔ)儲(chǔ)和和圖圖像像數(shù)數(shù)字字存存儲(chǔ)儲(chǔ)方方面面應(yīng)應(yīng)用用廣廣泛泛。。目前前它它的的記記錄錄介介質(zhì)質(zhì)主主要要是是磁磁光光型型(熱磁磁反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)型型)存儲(chǔ)儲(chǔ)材材料料。。2023/1/1572．激激光光光光盤盤的的類類型型-3(4)直接接重重寫寫光光盤盤(overwrite)可擦擦重重寫寫光光盤盤需需要要擦擦、、寫寫兩兩次次動(dòng)動(dòng)作作完完成成信信息息的的更更換換，，這這使使光光盤盤數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸速速率率受受到到限限制制。。直接接重重寫寫光光盤盤用用一一束束激激光光，，一一次次動(dòng)動(dòng)作作在在完完成成寫寫入入新新信信息息的的同同時(shí)時(shí)自自動(dòng)動(dòng)擦擦除除原原有有信信息息，，這這種種光光盤盤利利用用某某些些材材料料在在激激光光作作用用下下可可實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)晶晶態(tài)態(tài)與與非非晶晶態(tài)態(tài)間間相相互互轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化的的特特性性，，使使記記錄錄介介質(zhì)質(zhì)在在寫寫入入激激光光束束的的粒粒子子作作用用下下快快速速晶晶化化，，從從而而實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)信信息息的的存存儲(chǔ)儲(chǔ)。。這種種光光致致晶晶化化的的可可逆逆相相變變過過程程非非常?？炜?，，當(dāng)當(dāng)擦擦除除激激光光脈脈寬寬與與寫寫入入激激光光脈脈寬寬相相當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)(20~50ns)，相相變變光光盤盤可可直直接接進(jìn)進(jìn)行行重重寫寫，，從從而而大大大大縮縮短短了了數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)的的存存取取時(shí)時(shí)間間。。2023/1/1583．激光光光盤盤存儲(chǔ)儲(chǔ)器激光光光盤存存儲(chǔ)器器由光光存儲(chǔ)儲(chǔ)盤片片及其其驅(qū)動(dòng)動(dòng)器組組成。。驅(qū)動(dòng)動(dòng)器提提供高高質(zhì)量量讀出出光束束、引引導(dǎo)精精密光光學(xué)頭頭、讀讀出信信息、、給出出檢測測光盤盤聚焦焦誤差差信號(hào)號(hào)，并并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)光束束高精精度伺伺服跟跟蹤等等功能能。光盤存存儲(chǔ)器器的光光學(xué)系系統(tǒng)一一般都都采以以半導(dǎo)導(dǎo)體激激光器器作為為光源源，采采用一一束激激光、、一套套光路路進(jìn)行行信息息的寫寫／讀讀(如只讀讀存儲(chǔ)儲(chǔ)器及及一次次寫入入存儲(chǔ)儲(chǔ)器)；或用用兩個(gè)個(gè)獨(dú)立立的光光源、、配置置兩套套光路路，一一套用用來讀讀／寫寫，另另一套套用來來擦除除(如可擦擦重寫寫存儲(chǔ)儲(chǔ)器)。直接重重寫式式相變變光盤盤存儲(chǔ)儲(chǔ)器，，只需需一束束激光光、一一套光光路完完成全全部讀讀、寫寫、擦擦功能能，可可與一一次寫寫入存存儲(chǔ)器器兼容容。2023/1/1593．激光光光盤存儲(chǔ)儲(chǔ)器-1光盤存儲(chǔ)儲(chǔ)器的光光學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)大致可