6章光與信息技術(shù)課件

光與現(xiàn)代科技講座第六章光與信息技術(shù)中的應(yīng)用2022/12/91光與現(xiàn)代科技講座第六章2022/12/81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zongrong@.c六章光與信息技術(shù)中的應(yīng)用光與現(xiàn)代科技2022/12/92光與現(xiàn)代科技講座云南大學(xué)信息學(xué)院通信工程系第六章光與信息光與現(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)42022/12/93光與現(xiàn)代科技講座第一章概述22022/12/83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(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r簡(jiǎn)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2022/12/94第六章光與信息技術(shù)中的應(yīng)用§6.1激光掃描器§6.3激光與信息技術(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(cè)、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(jiǎn)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。2022/12/95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§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(cè)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(cè)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。2022/12/96§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)6.1.1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(jiǎn)單，成本也較低。2022/12/976.1.1激光掃描器激光掃描器可分為低慣量掃描器(Low(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)

2022/12/98(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(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(duì)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(chǎng)使轉(zhuǎn)子的兩個(gè)對(duì)角一邊加強(qiáng)，而另一邊減弱，從而產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩。2022/12/99(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(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(cè)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(zhǎng)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(duì)角度變化的信息。2022/12/910(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(1)低慣量掃描器常用的感應(yīng)驅(qū)動(dòng)線圈諧振鏡掃描器典型結(jié)構(gòu)如圖6-2所示，包括平衡的扭力桿和電感轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)部分。反射鏡被扭力桿T1和T2完全對(duì)稱懸掛，當(dāng)反射鏡運(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)引起扭力擾動(dòng)。圖6-2感應(yīng)驅(qū)動(dòng)線圈諧振鏡掃描器結(jié)構(gòu)

諧振鏡掃描器只能工作在很窄的頻率范圍內(nèi)，它的振蕩是一種簡(jiǎn)單、周期性的諧振運(yùn)動(dòng)，但若采用諧振放大器，掃描器將具有很高的掃描頻率和很大的掃描角。2022/12/911(1)低慣量掃描器常用的感應(yīng)驅(qū)動(dòng)線圈諧振鏡掃描器典型結(jié)構(gòu)如圖(1)低慣量掃描器與變壓器的工作原理一樣，驅(qū)動(dòng)線圈的磁場(chǎng)通過軟鐵芯與轉(zhuǎn)子的相互作用而產(chǎn)生。感應(yīng)驅(qū)動(dòng)線圈諧振鏡掃描器的轉(zhuǎn)子是長(zhǎng)方形的金屬環(huán)，在環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，它的動(dòng)圈通過感應(yīng)加載。低慣量掃描器系統(tǒng)的選擇取決于對(duì)掃描器應(yīng)用的要求。在不同的應(yīng)用中對(duì)掃描器的參數(shù)要求是不一樣的，它的主要參數(shù)有：光斑的尺寸，光斑的質(zhì)量，光點(diǎn)掃描的速度和回掃時(shí)間，光斑在掃描場(chǎng)中的線性；掃描角的大小和鏡面反射的質(zhì)量等。2022/12/912(1)低慣量掃描器與變壓器的工作原理一樣，驅(qū)動(dòng)線圈的磁場(chǎng)通過

低慣量掃描器常用于二維平面場(chǎng)掃描，其結(jié)構(gòu)主要有簡(jiǎn)單的雙鏡系統(tǒng)、中繼透鏡系統(tǒng)和槳形雙鏡系統(tǒng)等。簡(jiǎn)單雙鏡系統(tǒng)的光路圖如圖6-3所示，X軸和Y軸反射鏡的中心分別為點(diǎn)a和點(diǎn)b。掃描點(diǎn)c的坐標(biāo)為(0,Yi)。d是點(diǎn)b到輸出平面坐標(biāo)中心(0,0)點(diǎn)的距離。X軸和Y軸的掃描角分別為θx和θy。像平面上任意點(diǎn)的坐標(biāo)為(Xi，Yi)，當(dāng)Xi=Yi=0時(shí)，有θx=θy=0°。圖6-3簡(jiǎn)單雙鏡系統(tǒng)光路圖

2022/12/913低慣量掃描器常用于二維平面場(chǎng)掃描，其結(jié)構(gòu)主要有簡(jiǎn)單的雙鏡系第一、二個(gè)中繼透鏡的焦距分別為f1、f2，兩透鏡相距f1+f2。第二個(gè)掃描器的掃描軸與第一個(gè)掃描器的掃描軸正交，并與光軸交于B點(diǎn)。當(dāng)入射細(xì)光束打在A點(diǎn)上時(shí)，則有二維掃描的細(xì)光束從B點(diǎn)出射，如圖6-1(a)俯視圖的情況；如果入射光束是一束準(zhǔn)直光束，當(dāng)它通過第二個(gè)中繼透鏡后，出射光束也是準(zhǔn)直光束，如圖6-1(b)側(cè)視圖所示。圖6-4中繼透鏡系統(tǒng)光路圖

中繼透鏡系統(tǒng)的光路圖如圖6-4所示。第一個(gè)掃描器的掃描軸(即鏡面的轉(zhuǎn)動(dòng)中心)與光軸相交于A點(diǎn)2022/12/914第一、二個(gè)中繼透鏡的焦距分別為f1、f2，兩透鏡相距f1+f槳形雙鏡系統(tǒng)的光路圖如圖6-5所示，兩根掃描軸正交、共面，形成一個(gè)X-Y平面。以X軸旋轉(zhuǎn)的反射鏡(X鏡)轉(zhuǎn)軸在反射鏡的一邊，以Y軸旋轉(zhuǎn)的反射鏡(Y軸)轉(zhuǎn)軸在反射鏡的中間，兩個(gè)鏡面在與X-Y平面相交都為45°。當(dāng)入射光束以平行Y軸的方向入射，且在X鏡轉(zhuǎn)角很小的一級(jí)近似的情況下，由X鏡反射的光束在Y鏡上的位置基本保持不變，它只改變了出射光束的方向。圖6—5槳形雙鏡系統(tǒng)光路圖

2022/12/915槳形雙鏡系統(tǒng)的光路圖如圖6-5所示，兩根掃描軸正交、共面，形(2)全息掃描器-4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(jiǎn)單，成本也較低。全息掃描器是激光全息掃描系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，它主要應(yīng)用了全息技術(shù)的波前變換，以復(fù)雜波前的記錄和再現(xiàn)實(shí)現(xiàn)光束的控制。2022/12/916(2)全息掃描器-4全息掃描器是以全息術(shù)為基礎(chǔ)的掃描器，它能當(dāng)全息透鏡在位置l時(shí)，再現(xiàn)光照在全息透鏡的右側(cè)，衍射的會(huì)聚光聚焦在像平面位置1處。如果把全息透鏡從位置1移動(dòng)到位置2，再現(xiàn)光在全息透鏡上的位置也從右側(cè)移到左側(cè)，如圖中虛線所示，這時(shí)衍射會(huì)聚光的焦點(diǎn)也從像平面的位置l移動(dòng)到位置2。因此把全息透鏡從位置1移動(dòng)到位置2時(shí)，在像平面上就出現(xiàn)了一根掃描線。圖6-7全息掃描原理全息掃描的基本原理如圖6-7所示，用發(fā)散的細(xì)光束作為再現(xiàn)光，照明全息透鏡的一個(gè)小區(qū)域。2022/12/917當(dāng)全息透鏡在位置l時(shí)，再現(xiàn)光照在全息透鏡的右側(cè)，衍射的會(huì)聚光全息掃描器-6用上述全息掃描的基本概念來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的掃描過程時(shí)有許多實(shí)際問題需要解決，如在全息掃描器設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮光學(xué)結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理性。光學(xué)結(jié)構(gòu)首先是選擇全息圖的類型，是采用反射全息圖或采用透射全息圖，然后設(shè)計(jì)全息圖的光學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)。機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求滿足光學(xué)結(jié)構(gòu)的要求并簡(jiǎn)單可行。不同類型的全息圖在掃描器中有不同的要求，對(duì)于透射全息圖，全息材料的均勻性和襯底基片的質(zhì)量要求較高，而對(duì)機(jī)械振動(dòng)的要求相對(duì)比較低。相反地，對(duì)于反射全息圖，由于再現(xiàn)光不通過基片，所以只要求全息圖的表面質(zhì)量好，對(duì)基片的均勻性要求不高，但對(duì)軸承的要求比用透射全息圖時(shí)要高，即要求高精度和高穩(wěn)定性的軸承。2022/12/918全息掃描器-6用上述全息掃描的基本概念來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的掃描過程時(shí)全息掃描器-7全息掃描器的設(shè)計(jì)要綜合考慮各方面的因素，其中包括：對(duì)掃描線質(zhì)量的要求，全息掃描器參數(shù)(包括掃描參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)兩類，掃描參數(shù)有光斑尺寸、掃描線長(zhǎng)度、焦距、掃描的線性、場(chǎng)曲、掃描速度、全息圖的尺寸和子全息圖的數(shù)目等；運(yùn)行參數(shù)有工作距離、角寬度、子全息圖數(shù)、旋轉(zhuǎn)軸與全息圖上再現(xiàn)激光光斑之間的距離、記錄和再現(xiàn)波前的取向及形狀和旋轉(zhuǎn)速度等)的要求，以及全息掃描器制作和使用的可行性等。全息掃描器各參數(shù)間有很強(qiáng)的依賴關(guān)系，在許多情況下甚至相互矛盾，因此經(jīng)常采用折衷的方案達(dá)到實(shí)用的目的。2022/12/919全息掃描器-7全息掃描器的設(shè)計(jì)要綜合考慮各方面的因素，其中包全息掃描器-8全息掃描器具有一些突出的優(yōu)點(diǎn)：首先是全息圖作為偏轉(zhuǎn)元件，具有聚焦和偏轉(zhuǎn)兩個(gè)功能。它的焦距的長(zhǎng)短和偏轉(zhuǎn)的方向可以通過記錄光路和再現(xiàn)光路的參數(shù)來確定，因此在一個(gè)掃描器中用不同參數(shù)的全息圖能實(shí)現(xiàn)多方位、多焦距的掃描，這是全息掃描器最突出的優(yōu)點(diǎn)。其次是全息圖作為掃描元件時(shí)能夠收集被掃描物體的散射光。在散射光中包含被掃描物體的信息，全息圖把帶有信息的散射光會(huì)聚到探測(cè)器，對(duì)于不需要的環(huán)境光具有濾波作用，因此全息掃描器能應(yīng)用在環(huán)境較差的場(chǎng)合。2022/12/920全息掃描器-8全息掃描器具有一些突出的優(yōu)點(diǎn)：2022/12/全息掃描器-9再次是全息圖可以裝配在各種基片上，它的重量與底座相比可以忽略，因此很容易實(shí)現(xiàn)小型化。最后是全息圖能大量地制造或復(fù)制，與一般光學(xué)元件相比價(jià)格較低廉。當(dāng)然全息掃描器在應(yīng)用中也有一些不足：首先是寬帶的記錄材料比較缺乏，因此記錄和再現(xiàn)中要使用不同波長(zhǎng)的激光，會(huì)引入一些像差。為了得到高質(zhì)量的光斑，要進(jìn)行一些像差校正工作。其次是全息圖的衍射效率也是一個(gè)較大的限制。2022/12/921全息掃描器-9再次是全息圖可以裝配在各種基片上，它的重量與底2.激光掃描器的應(yīng)用實(shí)例激光掃描器的應(yīng)用十分廣泛，前面已經(jīng)對(duì)它的應(yīng)用范圍作了簡(jiǎn)單地介紹，這里僅結(jié)合三個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行介紹。(1)激光照排機(jī)圖6-8給出了一激光照排機(jī)的原理。

圖6-8激光照片機(jī)的原理

2022/12/9222.激光掃描器的應(yīng)用實(shí)例激光掃描器的應(yīng)用十分廣泛，前面已(1)激光照排機(jī)-1圖6-8給出了一激光照排機(jī)的原理，采用He-Ne激光器作為光源；聲光調(diào)制器作為激光的高速開關(guān)，由計(jì)算機(jī)的文圖信息控制；密度盤用于調(diào)整對(duì)膠片的最佳曝光量；擴(kuò)束器用于改善激光的發(fā)散角；由點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)激光束的主掃描；在同一軸上安裝光柵作為像元時(shí)鐘，提高光點(diǎn)的位置精度。F-8物鏡將激光會(huì)聚在膠片上，膠片由輸片機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，作垂直于掃描方向的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)副掃描，激光通過轉(zhuǎn)鏡掃描和膠片運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)二維掃描，在膠片上形成一幅完整的文字和圖像。激光束掃描和膠片運(yùn)動(dòng)要求嚴(yán)格保持同步，即激光掃描完一條線之后，膠片剛好移動(dòng)一條線寬的距離。在圖中膠片的上方一側(cè)有一個(gè)光電器件，作為行起始的基準(zhǔn)。2022/12/923(1)激光照排機(jī)-1圖6-8給出了一激光照排機(jī)的原理，202(1)激光照排機(jī)-2隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已有多種激光照排機(jī)，主要有絞盤式激光照排機(jī)、外滾筒激光照排機(jī)、平臺(tái)式激光照排機(jī)、內(nèi)滾筒式激光照排機(jī)和虛擬滾筒式激光照排機(jī)。這幾類激光照排機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們的比較如表6-1所示。對(duì)于希望生產(chǎn)效率高、操作方便、節(jié)省膠片的印刷(包括中檔彩色印刷)，一般采用絞盤式；而對(duì)于高精度、高分辨率、大幅面的精細(xì)彩色印刷，則采用內(nèi)滾筒式或外滾筒式。激光照排機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是光源、聲光調(diào)制器、激光掃描、副掃描技術(shù)和電路控制技術(shù)。從技術(shù)發(fā)展來看，激光照排機(jī)有向激光直接制版機(jī)發(fā)展的趨勢(shì).激光制版機(jī)是激光直接掃描在印刷版材上，激光直接制版的原理和激光照排機(jī)相同，只是感光介質(zhì)不同，即用版材代替激光照排機(jī)中的膠片。2022/12/924(1)激光照排機(jī)-2隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已有多種激光照排機(jī)，主表6-1激光照排機(jī)的類型分析比較平臺(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2022/12/925表6-1激光照排機(jī)的類型分析比較平臺(tái)式外滾筒式內(nèi)滾筒式虛擬滾

(2)激光縮微機(jī)激光縮微機(jī)是用激光掃描器把計(jì)算存儲(chǔ)的信息直接制作到縮微膠片上的機(jī)器。

圖6-9激光縮微機(jī)原理

圖6-9給出了激光縮微機(jī)的原理，圖中有兩個(gè)掃描器，沿x方向掃描的叫行掃描器，沿Y方向掃描的稱為頁(yè)掃描器。2022/12/926(2)激光縮微機(jī)激光縮微機(jī)是用激光掃描器把計(jì)算存儲(chǔ)的信息直(2)激光縮微機(jī)-1激光光源輸出的單光束經(jīng)聲光調(diào)制器產(chǎn)生9個(gè)不同頻率(40MHz~50MHz)的時(shí)序調(diào)制，得到9個(gè)被調(diào)整的時(shí)分復(fù)用光束。掃描器同時(shí)用9根激光束掃描，字符可以由這9根激光束的調(diào)制信號(hào)得到，每行像素的總數(shù)1500個(gè)。9根光束用一個(gè)激光源，但它們?cè)诓煌查g被不同的頻率調(diào)制，因此每根光束的調(diào)制信號(hào)是獨(dú)立的。行掃描器的周期為4.8ms，回掃時(shí)間為1ms。掃描器掃描的位置精度可達(dá)萬分之一。2022/12/927(2)激光縮微機(jī)-1激光光源輸出的單光束經(jīng)聲光調(diào)制器產(chǎn)生9(3)條形碼掃描器激光條形碼掃描器由激光源、光學(xué)掃描、光學(xué)接收、光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大、整形、量化和譯碼等部分組成。早期的掃描器大多采用He-Ne激光器，而采用MOVPE(金屬氧化物氣相外延)技術(shù)制造的可見光半導(dǎo)體激光器具有低功耗、可直接調(diào)制、體積小、重量輕、固體化、可靠性高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，它一出現(xiàn)很快就替代了原來使用的He--Ne激光器。從激光源發(fā)出的激光束需通過掃描系統(tǒng)形成掃描線或掃描圖案。條碼掃描器的掃描系統(tǒng)一般采用旋轉(zhuǎn)棱鏡掃描和全息掃描兩種方案。2022/12/928(3)條形碼掃描器激光條形碼掃描器由激光源、光學(xué)掃描、光學(xué)接(3)條形碼掃描器-1全息掃描系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高和造價(jià)低廉等顯著優(yōu)點(diǎn)，自從IBM公司在3687型掃描器(其光學(xué)系統(tǒng)如圖6-10所示)上首先應(yīng)用以來得到了廣泛的應(yīng)用，且不斷推陳出新。圖6-10IBM3687型條形碼掃描器光學(xué)系統(tǒng)2022/12/929(3)條形碼掃描器-1全息掃描系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高和造(3)條形碼掃描器-2全角度掃描這個(gè)概念是為了提高超級(jí)市場(chǎng)的流通速度而提出的，并設(shè)計(jì)了與之相應(yīng)的UPC(UniversalProductCode)條碼。對(duì)于UPC碼兩個(gè)掃描方向的“X’’掃描圖案已能實(shí)現(xiàn)全角度掃描。手持單線掃描器由于掃描速度低、掃描角度較小等原因，產(chǎn)生了多種實(shí)現(xiàn)光束掃描的方案。除采用旋轉(zhuǎn)棱鏡、擺鏡外，還能通過運(yùn)動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)中的很多部件來進(jìn)行光束掃描。如通過運(yùn)動(dòng)半導(dǎo)體激光器、運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)直透鏡等來實(shí)現(xiàn)光束掃描。掃描光束射到條碼符號(hào)上后被散射，由接收系統(tǒng)接收足夠多的散射光。2022/12/930(3)條形碼掃描器-2全角度掃描這個(gè)概念是為了提高超級(jí)市場(chǎng)的(3)條形碼掃描器-3在激光全角度掃描器中，普遍采用反向接收系統(tǒng)。它的的瞬時(shí)視場(chǎng)極小，可以極大地提高信噪比，還能提高對(duì)條碼符號(hào)鏡面反射的抑制能力，并且對(duì)接收透鏡的要求亦很低。此外，它還能使接收器的敏感面較小，接收器成本亦較低。它的缺點(diǎn)是當(dāng)掃描光束位于掃描系統(tǒng)各元件邊緣時(shí)要產(chǎn)生漸暈現(xiàn)象。接收到的光信號(hào)需要經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。全角度掃描器中的條碼信號(hào)頻率比較高(幾兆赫到幾十兆赫)，要求光電轉(zhuǎn)換器采用具有高頻率響應(yīng)能力的雪崩光電二極管(APD)或PIN光電二極管。為了長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)操作人員的安全，要求激光源出射能量較小，這使得最后接收到的能量極弱。2022/12/931(3)條形碼掃描器-3在激光全角度掃描器中，普遍采用反向接收(3)條形碼掃描器-4為了得到較高的信噪比，通常采用前置放大電路來低噪聲地放大信號(hào)。在手持槍式掃描器中一般采用硅光電池、光電二極管或光電三極管作為光電轉(zhuǎn)換器件，它的出射光能量相對(duì)較強(qiáng)，信號(hào)頻率較低，因此對(duì)電子元器件特性要求不是很高。整形后的電信號(hào)經(jīng)過量化后，由譯碼單元譯出其中所含信息。全角度掃描器由于數(shù)據(jù)率高，且得到的大多數(shù)為非條碼信號(hào)和不完整條碼信號(hào)，要求譯碼器有自動(dòng)識(shí)別有效條碼信號(hào)的能力。這對(duì)譯碼單元的要求較高(較高的數(shù)據(jù)處理能力和較大的數(shù)據(jù)吞吐量)，目前普遍采用軟、硬件緊密結(jié)合的方法來解決。2022/12/932(3)條形碼掃描器-4為了得到較高的信噪比，通常采用前置放大§6.2激光打印機(jī)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理速度日益加快。傳統(tǒng)的擊打式打印機(jī)在打印質(zhì)量、打印速度、工作噪聲等方面都存在這嚴(yán)重的不足，迫切需要一種速度高、噪聲低的新型打印機(jī);同時(shí)由于激光掃描技術(shù)和電子照相技術(shù)的快速發(fā)展，一種新型打印機(jī)——激光打印機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，并成為激光掃描技術(shù)的又一突出應(yīng)用。2022/12/933§6.2激光打印機(jī)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展1．激光打印機(jī)原理及組成不同的廠家已生產(chǎn)出多種不同型號(hào)的激光打印機(jī)，但它們的基本原理、基本組成和工作過程大致相同。激光打印機(jī)的基本原理是：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再調(diào)制激光束在感光鼓上掃描，感光鼓將吸附的墨粉轉(zhuǎn)印到紙上，通過控制激光束的開與關(guān)使感光鼓吸與不吸墨粉，感光鼓在紙上滾動(dòng)從而形成文字。2022/12/9341．激光打印機(jī)原理及組成不同的廠家已生產(chǎn)出多種不同型號(hào)的激光1．激光打印機(jī)原理及組成-1

6-11激光打印機(jī)的基本組成

激光器——產(chǎn)生激光。激光掃描系統(tǒng)——負(fù)責(zé)將接口電路送來的二進(jìn)制點(diǎn)陣信息調(diào)制到激光束上，然后掃描到感光鼓上.感光鼓和電子照相轉(zhuǎn)印機(jī)構(gòu)——負(fù)責(zé)將掃描到感光鼓上的圖文映像轉(zhuǎn)印到打印紙上，故兩者又合稱為電子成像系統(tǒng)。2022/12/9351．激光打印機(jī)原理及組成-16-11激光打印機(jī)的基本組成1．激光打印機(jī)原理及組成-2除了以上主要組件外，還要有電源系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的密切配合，才能完成整個(gè)打印過程。電源系統(tǒng)提供各種電源電壓，使激光打印機(jī)的各個(gè)組件正常工作。機(jī)械系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成打印紙?jiān)诖蛴C(jī)中的各種動(dòng)作，又稱之為打印紙傳送系統(tǒng)。從信號(hào)輸入激光打印機(jī)到激光掃描系統(tǒng)把其調(diào)制在激光束上，這一部分有時(shí)也稱為視頻控制器，主要從計(jì)算機(jī)接收要打印的信息，并進(jìn)一步產(chǎn)生視頻信號(hào)，然后送到激光掃描系統(tǒng)對(duì)激光束進(jìn)行調(diào)制。2022/12/9361．激光打印機(jī)原理及組成-2除了以上主要組件外，還要有電源系2．激光打印機(jī)的基本工作過程及控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

(1)激光掃描系統(tǒng)工作過程激光掃描系統(tǒng)由光調(diào)制器、掃描器、光偏轉(zhuǎn)器、同步器和高頻驅(qū)動(dòng)電路等組成，它的基本工作過程如下：激光器產(chǎn)生激光束經(jīng)反射鏡反射進(jìn)入光調(diào)制器，同時(shí)計(jì)算機(jī)送來二進(jìn)制圖文點(diǎn)陣信息由接口電路送到字型發(fā)生器，產(chǎn)生所需要的二進(jìn)制脈沖信號(hào)，經(jīng)過頻率合成器和功率放大器進(jìn)行合成、放大后也送入光調(diào)制器，并對(duì)反射鏡反射過來的激光束進(jìn)行調(diào)制。由光調(diào)制器輸出的調(diào)制光入射到多面轉(zhuǎn)鏡，再通過廣角聚焦鏡后掃描到感光鼓上，從而把多面轉(zhuǎn)鏡的角速度掃描變成感光鼓上的線速度掃描，這樣就完成了整個(gè)激光掃描過程。由上可知，通過視頻信號(hào)可以控制激光束的有和無，通過控制激光束的強(qiáng)弱，可以控制打印的對(duì)比度，即所謂的“調(diào)制”。再配合感光鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)角速度掃描到線速度掃描的轉(zhuǎn)變，完成行掃描和列掃描，、形成一幅二維的電子潛像。2022/12/9372．激光打印機(jī)的基本工作過程及控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介(1)激光掃描系電子成像是將感光鼓上的二維電子潛像經(jīng)炭粉投影方式顯影，然后轉(zhuǎn)印到打印紙上，再經(jīng)加熱加壓定影，使粉末狀的墨粉微粒熔化滲入紙纖維中，成為永久性的打印輸出。整個(gè)工作過程可簡(jiǎn)單概括為：充電一掃描曝光一墨粉顯影一轉(zhuǎn)印到紙上一加熱加壓定影輸出一消電一清掃剩余墨粉一光照再次充電的循環(huán)過程。首先，當(dāng)機(jī)械部件開始動(dòng)作時(shí)，感光鼓上方的主電暈中一根屏蔽的鎢絲被充電到數(shù)千伏的高壓，使主電暈產(chǎn)生電暈放電，周圍的空氣被電離?？諝庵械呢?fù)電荷被遷移到感光鼓表面，均勻地分布在鼓的上面，使感光鼓表面充滿電荷。(2)電子成像工作過程2022/12/938電子成像是將感光鼓上的二維電子潛像經(jīng)炭粉投影方式顯影，然后轉(zhuǎn)然后，調(diào)制后的激光束(由激光掃描系統(tǒng)產(chǎn)生)掃描到感光鼓，使布滿電荷的感光鼓被激光束照射的部分曝光，從而使感光鼓帶有不可視的靜電潛像——靜電電荷陣列。用墨粉對(duì)其進(jìn)行顯影，使墨粉附著在靜電潛像上。顯影后，感光鼓通過傳輸電暈作用把墨粉圖像轉(zhuǎn)印到打印紙上。再對(duì)其加熱加壓定影，使其熔化滲入到紙纖維中。這樣就把需要打印的文字或圖像轉(zhuǎn)印到打印紙上，成為永久性的打印輸出。在打印下一幅圖文信息之前，要將感光鼓上的剩余電荷及墨粉清除干凈。(2)電子成像工作過程-12022/12/939然后，調(diào)制后的激光束(由激光掃描系統(tǒng)產(chǎn)生)掃描到感光鼓，使布一臺(tái)好的打印機(jī)不僅需要好的掃描系統(tǒng)、電子成像系統(tǒng)和可觀賞的外殼，還需要好的機(jī)械系統(tǒng)與之配合以完成各種機(jī)械動(dòng)作。機(jī)械系統(tǒng)最主要的工作是負(fù)責(zé)打印紙?jiān)诩す獯蛴C(jī)中的傳送，此外圖像生成也需要機(jī)械系統(tǒng)的配合。當(dāng)一個(gè)打印循環(huán)開始時(shí)，主電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，機(jī)械連軸器驅(qū)動(dòng)感光鼓、融解輥并把打印紙送入打印機(jī)的送紙輥。卷紙輥和定位輥保持打開并由螺線管驅(qū)動(dòng)的離合器調(diào)整。在接收一張紙時(shí)，卷紙輥離合器嚙合，刻有V形凹痕的卷紙輥轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)偏心輪，并把它拖入打印機(jī)約7.5cm。(3)機(jī)械系統(tǒng)工作過程2022/12/940一臺(tái)好的打印機(jī)不僅需要好的掃描系統(tǒng)、電子成像系統(tǒng)和可觀賞的外轉(zhuǎn)動(dòng)一周后，卷紙輥離合器釋放，打印紙停留在定位輥上等待同步信號(hào)。當(dāng)同步信號(hào)到來時(shí)，咬合齒輪捕捉到定位輥中的紙并傳送到位，和感光鼓上碳粉圖像的起始位置對(duì)齊。顯影后的炭粉圖像和打印紙面同步后，定位輥離合器嚙合，把打印紙送入圖像生成系統(tǒng)。定位輥啟動(dòng)后保持嚙合，直到打印紙退出打印機(jī)，顯影后的碳粉圖像被固定。在打印紙從熔結(jié)輥間退出時(shí)，驅(qū)動(dòng)一張打印紙退出傳感器，傳感器恢復(fù)到其初始狀態(tài)。打印機(jī)的電子控制包知道打印紙離開了打印機(jī)，主電動(dòng)機(jī)可停止工作；或一張新的打印紙可進(jìn)入，開始下一個(gè)打印循環(huán)。(3)機(jī)械系統(tǒng)工作過程-22022/12/941轉(zhuǎn)動(dòng)一周后，卷紙輥離合器釋放，打印紙停留在定位輥上等待同步信激光打印機(jī)的整體控制系統(tǒng)包括激光掃描系統(tǒng)的控制、電子成像系統(tǒng)的控制、與計(jì)算機(jī)接口的控制、緩存及脫機(jī)自檢等控制。激光掃描的控制主要完成多面轉(zhuǎn)鏡的穩(wěn)速驅(qū)動(dòng)、行同步信號(hào)的檢測(cè)、處理，半導(dǎo)體激光器的調(diào)制與驅(qū)動(dòng)等。每次打印開始，打印機(jī)從計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)信號(hào)。要將這些數(shù)據(jù)信號(hào)(包括整頁(yè)打印內(nèi)容的代碼)變成調(diào)制激光的視頻信號(hào)，或者儲(chǔ)存在某些計(jì)算機(jī)較大容量的緩沖區(qū)內(nèi)；或者在送往打印機(jī)前先編譯出來形成點(diǎn)陣信息。電子成像系統(tǒng)的控制主要是控制和協(xié)調(diào)充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印、進(jìn)紙、定影、消電、清潔等工作步驟，保證打印出高質(zhì)量的字符和圖形。和其他外部輸出設(shè)備一樣，激光打印機(jī)的接口控制部分負(fù)責(zé)接收和處理主機(jī)發(fā)來的各種信號(hào)，并向主機(jī)發(fā)回打印機(jī)狀態(tài)的信號(hào)，協(xié)調(diào)兩者的工作。(4)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介2022/12/942激光打印機(jī)的整體控制系統(tǒng)包括激光掃描系統(tǒng)的控制、電子成像系統(tǒng)3.激光打印機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r簡(jiǎn)介二十世紀(jì)70年代中期，美國(guó)率先將激光引入打印機(jī)領(lǐng)域，綜合利用激光掃描技術(shù)和電子照相技術(shù)，研制出激光打印機(jī)。早期的激光打印機(jī)主要采用He-Ne激光器，是一種與大型計(jì)算機(jī)配套的高速輸出設(shè)備，它體積大、成本高、價(jià)格昂貴，應(yīng)用面不廣，然而它在打印質(zhì)量、打印速度、打印精度、穩(wěn)定性和圖像質(zhì)量方面具有突出的優(yōu)勢(shì)。隨著半導(dǎo)體激光技術(shù)的發(fā)展、設(shè)計(jì)水平的不斷進(jìn)步、生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，激光打印機(jī)從采用氣體激光器的大型結(jié)構(gòu)發(fā)展到采用半導(dǎo)體激光器的小型臺(tái)式結(jié)構(gòu)，其體積日益縮小，成本越來越低。日本、美國(guó)等國(guó)相繼研制出多功能、低價(jià)格、高質(zhì)量的臺(tái)式激光打印機(jī)，激光打印機(jī)迅速達(dá)到了普及程度，它為越來越多的計(jì)算機(jī)用戶所青睞，已從計(jì)算機(jī)的主要輸出設(shè)備拓寬到各個(gè)領(lǐng)域。2022/12/9433.激光打印機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r簡(jiǎn)介二十世紀(jì)70年代中期，美國(guó)3.激光打印機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r簡(jiǎn)介進(jìn)入二十世紀(jì)90年代以來，由于大功率半導(dǎo)體激光器的發(fā)展和計(jì)算機(jī)控制的廣泛應(yīng)用，激光打印技術(shù)日益成熟，成本不斷下降，其市場(chǎng)份額已超過針式打印機(jī)，成為打印市場(chǎng)的主流產(chǎn)品之一。盡管我國(guó)激光打印技術(shù)發(fā)展迅速，重慶華蜀公司、聯(lián)想集團(tuán)、中科院計(jì)算機(jī)所中計(jì)公司、紫金公司、科海公司等都研制生產(chǎn)了自己的漢字激光打印機(jī)產(chǎn)品，憑借漢字處理優(yōu)勢(shì)在我國(guó)打印機(jī)市場(chǎng)上爭(zhēng)占一席之地。但國(guó)內(nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)批量小、成本難以下降，很難與國(guó)外進(jìn)口的低價(jià)打印機(jī)競(jìng)爭(zhēng)，因此國(guó)內(nèi)目前使用的打印機(jī)大多數(shù)為國(guó)外產(chǎn)品。2022/12/9443.激光打印機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r簡(jiǎn)介進(jìn)入二十世紀(jì)90年代以來，3.激光打印機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r簡(jiǎn)介激光打印機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)：首先是臺(tái)式低速打印機(jī)向著小型化、高速度和高分辨率方向發(fā)展，即打印速度由20頁(yè)／分提高到50-60頁(yè)／分、分辨率由300dpi提高到1000dpi以上，能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)報(bào)刊印刷所要求的分辨率；其次是激光打印機(jī)和其他CA(CharmelAdapter)機(jī)器相結(jié)合，朝兼容、集成化方向發(fā)展，如Cannon和Ricoh的激光打印機(jī)一傳真機(jī)和Ricoh公司的激光打印機(jī)—復(fù)印機(jī)—傳真機(jī)三合一的機(jī)種等；此外，激光打印機(jī)的彩色化發(fā)展也是一個(gè)重要的方向。2022/12/9453.激光打印機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r簡(jiǎn)介激光打印機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)：206.3激光存儲(chǔ)技術(shù)隨著社會(huì)進(jìn)步、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類對(duì)信息的依賴程度日益加深，需要處理、傳輸和存儲(chǔ)的信息急劇增加，這對(duì)信息的存儲(chǔ)和管理提出了越來越高的要求。為滿足信息社會(huì)的發(fā)展需求，光存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并成為現(xiàn)代信息社會(huì)中不可缺少的存儲(chǔ)技術(shù)之一。早期人們用縮微膠片來存儲(chǔ)文檔資料，這是光存儲(chǔ)的最早形式。上世紀(jì)60年代激光問世后，激光全息技術(shù)的發(fā)展使具有更大存儲(chǔ)容量的三維圖象存儲(chǔ)得以實(shí)現(xiàn)，但其不能進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存取，無法與磁存儲(chǔ)相比較。上世紀(jì)70年代，光盤存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并迅猛發(fā)展.2022/12/9466.3激光存儲(chǔ)技術(shù)隨著社會(huì)進(jìn)步、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展6.3激光存儲(chǔ)技術(shù)-1第一代光盤存儲(chǔ)用GaAlAs半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為0.78um(近紅外)，5寸光盤的存儲(chǔ)容量為0.76GB，即CD系列光盤；第二代光盤存儲(chǔ)用GaAlInP激光器，波長(zhǎng)為0.65um(紅光)，存儲(chǔ)容量為4.7GB，即數(shù)字多功能光盤(DVD)系列；第三代光盤存儲(chǔ)已經(jīng)興起，使用GaN半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為0.41um(藍(lán)光)，存儲(chǔ)容量可達(dá)27GB，為高密度數(shù)字多功能光盤即HD—DVD光盤(藍(lán)碟)。上世紀(jì)80年代后期出現(xiàn)的磁光盤(MO)技術(shù)和90年代初期出現(xiàn)的相變光盤(PC)技術(shù)也得到了飛快的發(fā)展，并且已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用時(shí)期。由此可見，激光技術(shù)的發(fā)明和發(fā)展在光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展中起了重要的作用。2022/12/9476.3激光存儲(chǔ)技術(shù)-1第一代光盤存儲(chǔ)用GaAlAs半導(dǎo)體6.3.1激光存儲(chǔ)的基本原理、分類及特點(diǎn)1、激光存儲(chǔ)的基本原理激光存儲(chǔ)是利用材料的某種性質(zhì)對(duì)光敏感。帶有信息的光照射材料時(shí)，該性質(zhì)發(fā)生改變，且能夠在材料中記錄這種改變，這就實(shí)現(xiàn)了光信息的存儲(chǔ)。用激光對(duì)存儲(chǔ)材料讀取信息時(shí)，讀出光的性質(zhì)隨存儲(chǔ)材料性質(zhì)的改變而發(fā)生相應(yīng)的變化，從而實(shí)現(xiàn)已存儲(chǔ)光信息的讀取。2022/12/9486.3.1激光存儲(chǔ)的基本原理、分類及特點(diǎn)1、激光存儲(chǔ)的基本6.3.1激光存儲(chǔ)的基本原理、分類及特點(diǎn)2、激光存儲(chǔ)的分類光存儲(chǔ)的分類有很多種，按數(shù)據(jù)存取方式可分為光打點(diǎn)式存儲(chǔ)和頁(yè)面并行存儲(chǔ)；按存儲(chǔ)介質(zhì)的厚度可分為二維存儲(chǔ)和三維存儲(chǔ)；按鑒別存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式可分為位置選擇存儲(chǔ)和頻率選擇存儲(chǔ)等等。目前最普遍、最成熟的光存儲(chǔ)技術(shù)就是光盤存儲(chǔ)，正在發(fā)展中的存儲(chǔ)技術(shù)還有全息存儲(chǔ)技術(shù)、光學(xué)雙光子雙穩(wěn)態(tài)三維數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)、持續(xù)光譜燒孔技術(shù)、電子俘獲光存儲(chǔ)技術(shù)等。2022/12/9496.3.1激光存儲(chǔ)的基本原理、分類及特點(diǎn)2、激光存儲(chǔ)的分類3、激光存儲(chǔ)的特點(diǎn)

現(xiàn)有的光存儲(chǔ)技術(shù)與傳統(tǒng)的磁存儲(chǔ)技術(shù)相比有如下特點(diǎn)：1．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)密度高、容量大。理論估計(jì)光儲(chǔ)存的面密度為1／λ2。(其中入是用于光存儲(chǔ)的波長(zhǎng))的數(shù)量級(jí)，存儲(chǔ)的體密度可達(dá)1／λ3。2．壽命長(zhǎng)。磁存儲(chǔ)的信息一般只能保留2—3年。而光存儲(chǔ)只要其介質(zhì)穩(wěn)定，壽命一般在10年以上。3．非接觸式讀／寫和擦。用光讀／寫不會(huì)磨損和劃傷存儲(chǔ)介質(zhì)，這不僅延長(zhǎng)了存儲(chǔ)壽命，而且使存儲(chǔ)介質(zhì)易于更換、移動(dòng)，從而更易實(shí)現(xiàn)海量存儲(chǔ)。4．信息位價(jià)格低。由于光存儲(chǔ)密度高，其信息位價(jià)格可比磁記錄的低幾十倍。此外，光存儲(chǔ)還有并行程度高，抗電磁干擾性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，光存儲(chǔ)技術(shù)自激光器發(fā)明以來就一直受到人們的極大關(guān)注。2022/12/9503、激光存儲(chǔ)的特點(diǎn)現(xiàn)有的光存儲(chǔ)技術(shù)與傳統(tǒng)的磁存儲(chǔ)技術(shù)相比有6.3.2激光光盤存儲(chǔ)激光光盤存儲(chǔ)技術(shù)是目前最成熟的光存儲(chǔ)技術(shù)，也是應(yīng)用最廣泛的存儲(chǔ)技術(shù)之一。1．激光光盤存儲(chǔ)的基本原理光盤存儲(chǔ)包括信息“寫入”和“讀出”兩個(gè)過程。在信息的“寫入”過程中，首先用待存儲(chǔ)信息調(diào)制寫入激光的強(qiáng)度，并使激光聚焦在記錄介質(zhì)中，形成極微小的光照微區(qū)，其光照區(qū)發(fā)生相應(yīng)的物理、化學(xué)變化(反射率、折射率、偏振特性或其它特性)，這樣記錄介質(zhì)上有無物理、化學(xué)性質(zhì)的變化就代表了信息的有無，從而完成信息的“寫入”。在信息的“讀取”過程中，用低強(qiáng)度的穩(wěn)定激光束掃描信息軌道，隨著光盤的高速旋轉(zhuǎn)，介質(zhì)表面的反射光強(qiáng)度(或光的其他性質(zhì))隨存儲(chǔ)信息區(qū)域的物理、化學(xué)性質(zhì)變化而發(fā)生變化。用光電探測(cè)器檢測(cè)反射光信號(hào)并加以解調(diào)，便可取出所存儲(chǔ)的信息。2022/12/9516.3.2激光光盤存儲(chǔ)激光光盤存儲(chǔ)技術(shù)是目前最成熟的光存儲(chǔ)技圖6-27為一基本的光盤系統(tǒng)圖。圖6-27基本的激光光盤系統(tǒng)圖

圖6-28激光光盤記錄斑示意圖

1．激光光盤存儲(chǔ)的基本原理-12022/12/952圖6-27為一基本的光盤系統(tǒng)圖。圖6-27基本的激光1．激光光盤存儲(chǔ)的基本原理-2光盤是在襯盤上淀積了記錄介質(zhì)及其保護(hù)膜的盤片，在記錄介質(zhì)表面沿螺旋形軌道，以信息斑的形式寫入大量的信息(參見圖6-28)，其記錄軌道的密度達(dá)1000道／mm左右?？梢娦畔咴叫。獗P的存儲(chǔ)密度越大。由于物鏡衍射極限影響焦點(diǎn)處光匯聚的最小直徑(約為λ／(2NA)，其中NA為物鏡的數(shù)值孔徑)，因此光盤的存儲(chǔ)密度為(NA／λ)2。例如在采用氬離子激光器(λ=457.9nm)和物鏡數(shù)值孔徑為0.8的系統(tǒng)中，信息斑的最小直徑為λ／(2NA)=457.9／(2×0.8)=0.29um，則存儲(chǔ)密度為(NA／λ)2=3×1012m-2。對(duì)于普通尺寸內(nèi)徑為70mm、外徑為145mm的光盤而言，其有效存儲(chǔ)面積約為5.0×10-2m2，則它的最大存儲(chǔ)容量為3×1012×5.0×10-2=1.5×1010bit?？梢姴捎酶滩ㄩL(zhǎng)的激光器和高數(shù)值孔徑的物鏡可以提高光盤的存儲(chǔ)密度。2022/12/9531．激光光盤存儲(chǔ)的基本原理-2光盤是在襯盤上淀積了記錄介質(zhì)及1．激光光盤存儲(chǔ)的基本原理-3光盤存儲(chǔ)除了具有存儲(chǔ)密度高、抗電磁干擾、存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)、非接觸式讀／寫信息以及信息位價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)外，還具有信息載噪比(CNR：載噪比是載波電平與噪音電平之比，以分貝表示)高的突出優(yōu)點(diǎn)。光盤載噪比均在50dB以上，且多次讀／寫后不降低。因而光盤多次讀出的音質(zhì)和圖像清晰度是磁帶和磁盤所無法比擬的。另外，光盤的信息傳輸速率也比較高?，F(xiàn)有光盤的數(shù)據(jù)速率可達(dá)50Mb／s以上，通過改進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)并選擇適當(dāng)?shù)募す獠ㄩL(zhǎng)，數(shù)據(jù)速率還可進(jìn)一步提高。2022/12/9541．激光光盤存儲(chǔ)的基本原理-3光盤存儲(chǔ)除了具有存儲(chǔ)密度高、抗2．激光光盤的類型計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字光盤存儲(chǔ)技術(shù)，按讀寫功能劃分主要有如下四種：(1)只讀存儲(chǔ)(Readonlymemory)光盤只讀式存儲(chǔ)光盤的記錄介質(zhì)主要是光刻膠，記錄方式是先將信息刻錄在介質(zhì)上制成母盤，然后進(jìn)行模壓復(fù)制大量子盤。這種光盤只能用來播放已經(jīng)記錄在盤片上的信息，用戶不能自行寫入。2022/12/9552．激光光盤的類型計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字光盤存儲(chǔ)技術(shù)，按讀寫功能2．激光光盤的類型-1(2)一次寫入光盤WORM(WriteOnceReadMemory，或稱為DRAW，DirectReadAfterWrite)一次寫人光盤利用聚焦激光在介質(zhì)的光照微區(qū)產(chǎn)生不可逆的物理或化學(xué)變化寫入信息。其寫入過程主要是利用激光的熱效應(yīng)，記錄方式有燒蝕型、起泡型、熔融型、合金型、相變型等很多種。這類光盤具有寫、讀兩種功能，用戶可以自行一次寫入，寫完即可讀，但信息一經(jīng)寫入便不可擦除，也不能反復(fù)使用。這種光盤可用于文檔和圖像的存儲(chǔ)。2022/12/9562．激光光盤的類型-1(2)一次寫入光盤WORM(Write2．激光光盤的類型-2(3)可擦重寫光盤(Rewrite，或Erasable--DRAW即EDAW)這類光盤可多次寫入、讀取信息，但寫入前需先將已有的信息擦去，然后再寫入新的信息，即寫、擦信息是分開的兩個(gè)過程。寫入時(shí)先用擦激光將某一信道上的信息擦除，然后再用寫激光將新信息寫入?？梢娺@種先擦后寫的兩步過程限制了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)速率，因而尚未應(yīng)用到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RandomAccessMemory．RAM)，但它在海量脫機(jī)存儲(chǔ)和圖像數(shù)字存儲(chǔ)方面應(yīng)用廣泛。目前它的記錄介質(zhì)主要是磁光型(熱磁反轉(zhuǎn)型)存儲(chǔ)材料。2022/12/9572．激光光盤的類型-2(3)可擦重寫光盤(Rewrite，或2．激光光盤的類型-3(4)直接重寫光盤(overwrite)可擦重寫光盤需要擦、寫兩次動(dòng)作完成信息的更換，這使光盤數(shù)據(jù)傳輸速率受到限制。直接重寫光盤用一束激光，一次動(dòng)作在完成寫入新信息的同時(shí)自動(dòng)擦除原有信息，這種光盤利用某些材料在激光作用下可實(shí)現(xiàn)晶態(tài)與非晶態(tài)間相互轉(zhuǎn)化的特性，使記錄介質(zhì)在寫入激光束的粒子作用下快速晶化，從而實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)。這種光致晶化的可逆相變過程非常快，當(dāng)擦除激光脈寬與寫入激光脈寬相當(dāng)時(shí)(20~50ns)，相變光盤可直接進(jìn)行重寫，從而大大縮短了數(shù)據(jù)的存取時(shí)間。2022/12/9582．激光光盤的類型-3(4)直接重寫光盤(overwrite3．激光光盤存儲(chǔ)器激光光盤存儲(chǔ)器由光存儲(chǔ)盤片及其驅(qū)動(dòng)器組成。驅(qū)動(dòng)器提供高質(zhì)量讀出光束、引導(dǎo)精密光學(xué)頭、讀出信息、給出檢測(cè)光盤聚焦誤差信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)光束高精度伺服跟蹤等功能。光盤存儲(chǔ)器的光學(xué)系統(tǒng)一般都采以半導(dǎo)體激光器作為光源，采用一束激光、一套光路進(jìn)行信息的寫／讀(如只讀存儲(chǔ)器及一次寫入存儲(chǔ)器)；或用兩個(gè)獨(dú)立的光源、配置兩套光路，一套用來讀／寫，另一套用來擦除(如可擦重寫存儲(chǔ)器)。直接重寫式相變光盤存儲(chǔ)器，只需一束激光、一套光路完成全部讀、寫、擦功能，可與一次寫入存儲(chǔ)器兼容。2022/12/9593．激光光盤存儲(chǔ)器激光光盤存儲(chǔ)器由光存儲(chǔ)盤片及其驅(qū)動(dòng)器組成。3．激光光盤存儲(chǔ)器-1光盤存儲(chǔ)器的光學(xué)系統(tǒng)大致可分為單光束光學(xué)系統(tǒng)和雙光束光學(xué)系統(tǒng)兩類。單光束光學(xué)系統(tǒng)適合于只讀光盤和一次寫入光盤，具備信息的寫／讀功能，而雙光束光學(xué)系統(tǒng)用于可擦重寫光盤。下面以雙光束光學(xué)系統(tǒng)(圖6-29)為例，作一簡(jiǎn)單介紹。圖6—29光盤存儲(chǔ)器的雙光束光學(xué)系統(tǒng)2022/12/9603．激光光盤存儲(chǔ)器-1光盤存儲(chǔ)器的光學(xué)系統(tǒng)大致可分為單光束光3．激光光盤存儲(chǔ)器-2其中關(guān)鍵器件的作用如下：1—寫／讀激光器(0.83um)；5—二向色反射鏡，它只反射特定波長(zhǎng)的入射光；11—刀口，將從光盤反射回來的激光分割為兩部分，分別進(jìn)入探測(cè)器12和13，得到讀出和聚焦、跟蹤誤差信號(hào)；18、19—對(duì)正、負(fù)柱面透鏡，改變光束為橢圓截面，以利擦除；17—偏振分束器；14—擦除激光器。器件1-8、10-13構(gòu)成寫／讀光路，器件14-19、5-8、20-21構(gòu)成擦除光路，9是可擦重寫的光盤。2022/12/9613．激光光盤存儲(chǔ)器-2其中關(guān)鍵器件的作用如下：器件1-8、13．激光光盤存儲(chǔ)器-3激光光盤存儲(chǔ)技術(shù)具有低成本、可大量模壓復(fù)制等優(yōu)勢(shì)，這是其他光存儲(chǔ)技術(shù)難于替代的。但目前光盤的直接重寫性能仍然不及磁盤，所以光盤存儲(chǔ)技術(shù)在提高其存儲(chǔ)密度優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，正在繼續(xù)提高其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸速率。隨著短波長(zhǎng)激光技術(shù)和其它光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)的成熟以及新存儲(chǔ)介質(zhì)材料的發(fā)現(xiàn)，激光光盤存儲(chǔ)技術(shù)還將有更大的發(fā)展。2022/12/9623．激光光盤存儲(chǔ)器-3激光光盤存儲(chǔ)技術(shù)具有低成本、可大量模壓6.3.3體全息光存儲(chǔ)自激光全息技術(shù)誕生之日起，激光體全息光存儲(chǔ)技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱全息存儲(chǔ))就開始受到人們關(guān)注。目前全息存儲(chǔ)研究已取得很大進(jìn)展，存儲(chǔ)容量迅速提高，存儲(chǔ)器性能不斷改進(jìn)，高密度全息存儲(chǔ)技術(shù)正日益走向?qū)嵱?。與磁存儲(chǔ)技術(shù)和光盤存儲(chǔ)技術(shù)相比，全息存儲(chǔ)有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

1)高冗余度。信息以全息圖的形式存儲(chǔ)在一定的擴(kuò)展體積內(nèi)，因而具有高度的冗余度。在傳統(tǒng)的磁盤或光盤存儲(chǔ)中，每一數(shù)據(jù)比特占據(jù)很小的空間位置，當(dāng)存儲(chǔ)密度增大，存儲(chǔ)介質(zhì)的缺陷尺寸與數(shù)據(jù)單元大小相當(dāng)時(shí)，必將引起對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)失真或丟失，而對(duì)全息存儲(chǔ)來說，缺陷只會(huì)使得所有的信號(hào)強(qiáng)度降低，而不致于引起數(shù)據(jù)丟失。

2)存儲(chǔ)容量大。利用體全息圖可在同一存儲(chǔ)體積內(nèi)存儲(chǔ)多個(gè)全息圖，有效存儲(chǔ)密度很高，該值在可見光譜區(qū)中約為10地bits／cm。。存儲(chǔ)密度的理論極限值為1／入。(其中入為光波波長(zhǎng))。2022/12/9636.3.3體全息光存儲(chǔ)自激光全息技術(shù)誕生之日起，激光體全息6.3.3體全息光存儲(chǔ)

3)數(shù)據(jù)并行傳輸。信息以頁(yè)為單位并行讀取，因而具有極高的數(shù)據(jù)傳輸率，其極限值主要由I／O(輸入／輸出)器件來決定。目前多信道CCD探測(cè)陣列的運(yùn)行速度已達(dá)到128MHz／s，采用并行探測(cè)陣列的全息存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率將有望達(dá)8Gbits／s。

4)尋址速度快。參考光可采用聲光、電光等非機(jī)械式尋址方式，因而系統(tǒng)的尋址速度很快，數(shù)據(jù)訪問時(shí)間可降至亞毫秒范圍或更低。

5)關(guān)聯(lián)尋址功能。塊狀角度復(fù)用體全息存儲(chǔ)用角度多重法存儲(chǔ)多個(gè)全息圖，讀出時(shí)若用物光中的某幅圖像光波(或其部分)照射其公共體積，則會(huì)讀出一系列不同方向的“參考光”，其強(qiáng)度大小代表對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)圖像與輸入圖像之間的相似程度，利用此關(guān)聯(lián)特性，可以實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)尋址操作。2022/12/9646.3.3體全息光存儲(chǔ)3)數(shù)據(jù)并行傳輸。信息以頁(yè)為單1．體全息存儲(chǔ)的原理根據(jù)光波干涉原理，當(dāng)信號(hào)光和參考光都是平面波時(shí)，在一定厚度的記錄介質(zhì)內(nèi)部會(huì)形成等間距的、具有平面族結(jié)構(gòu)的體光柵，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的存儲(chǔ)。如圖6-30所示，光信號(hào)存儲(chǔ)時(shí)，待存儲(chǔ)的信號(hào)光0和參考光R分別以角度θ1和θ2入射到介質(zhì)內(nèi)，形成的條紋面與兩束光的夾角θ滿足關(guān)系式

θ

=(θ1-θ2)／2該等間距的平面族結(jié)構(gòu)被記錄并形成體光柵(其光柵常數(shù)Λ滿足布拉格條件：2Λsinθ=λ其中入為光波在介質(zhì)內(nèi)傳播的波長(zhǎng))，從而實(shí)現(xiàn)某波長(zhǎng)光信號(hào)在某角度下的存儲(chǔ)。2022/12/9651．體全息存儲(chǔ)的原理根據(jù)光波干涉原理，當(dāng)信號(hào)光和參考光都是平1．體全息存儲(chǔ)的原理a記錄b再現(xiàn)圖6-30體全息圖光路示意圖

2022/12/9661．體全息存儲(chǔ)的原理a記錄1．體全息存儲(chǔ)的原理體全息圖對(duì)再現(xiàn)光的衍射作用與布拉格晶體對(duì)X射線的衍射現(xiàn)象相似，也滿足布拉格條件：2Λsina=λ，式中a稱為布拉格角。圖6-30b是其再現(xiàn)示意圖。只有滿足布拉格條件的再現(xiàn)光才能得到最強(qiáng)的衍射光，任何對(duì)布拉格角和光波長(zhǎng)的偏離都會(huì)使衍射光急劇衰減，即布拉格條件表現(xiàn)出很強(qiáng)的選擇性。當(dāng)某一波長(zhǎng)的光以某一角度入射到存儲(chǔ)介質(zhì)的某一區(qū)域(該區(qū)存有數(shù)據(jù)信息)時(shí)，如果出現(xiàn)較強(qiáng)的、滿足布拉格條件的衍射光，則表示該區(qū)域在該波長(zhǎng)和角度下的存儲(chǔ)信息為“1”，反之則為“0”。由此可見，體全息可采用波長(zhǎng)復(fù)用和角度復(fù)用來實(shí)現(xiàn)超高密度存儲(chǔ)。2022/12/9671．體全息存儲(chǔ)的原理體全息圖對(duì)再現(xiàn)光的衍射作用與布拉格晶體對(duì)2．全息存儲(chǔ)的應(yīng)用(1)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)1997年，一個(gè)集成化的角度復(fù)用全息存儲(chǔ)模塊(如圖6-31所示)由Drolet等人設(shè)計(jì)出來。該模塊包括一個(gè)BaTios光折變晶體、一對(duì)液晶光束偏轉(zhuǎn)器(圖中只能見到一個(gè)，另一個(gè)在晶體后面)和光電子集成電路(OEIC包括光電子SLM、探測(cè)器、刷新器等)。圖6-31緊湊型集成化的角度復(fù)用全息存儲(chǔ)模塊

2022/12/9682．全息存儲(chǔ)的應(yīng)用(1)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)圖6-31緊湊型集成化2．全息存儲(chǔ)的應(yīng)用此模塊的優(yōu)點(diǎn)是：采用共軛讀出方式，再現(xiàn)光逆向經(jīng)過信號(hào)光束記錄時(shí)所通過的路徑(從SLM到記錄介質(zhì))，不需要額外的再現(xiàn)光路和成像光路；另外共軛讀出方式還校正了讀出光的線性相位畸變。其中OEIC的每個(gè)像素都具有存儲(chǔ)、光探測(cè)和調(diào)制功能，它本身可完成像素之間的局部數(shù)據(jù)傳輸(如探測(cè)器到存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器到調(diào)制器)，具有動(dòng)態(tài)刷新的功能。圖6-31緊湊型集成化的角度復(fù)用全息存儲(chǔ)模塊

(1)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)2022/12/9692．全息存儲(chǔ)的應(yīng)用此模塊的優(yōu)點(diǎn)是：采用共軛讀出方式，再現(xiàn)光逆2．全息存儲(chǔ)的應(yīng)用(2)超大容量全息存儲(chǔ)器人們利用體全息材料進(jìn)一步研究超大容量的全息存儲(chǔ)技術(shù)，目前已經(jīng)發(fā)展了幾種盤式全息存儲(chǔ)的方案，如三維盤式全息存儲(chǔ)方案就是實(shí)現(xiàn)超大容量存儲(chǔ)的一種途徑。圖6-32分塊式全息存儲(chǔ)盤的示意圖6-32給出基于全息存儲(chǔ)技術(shù)的分塊盤式全息存儲(chǔ)示意圖，圖中沿盤面上的同心圓軌道上劃分為互不重疊的空間位置(全息塊)，每個(gè)位置上復(fù)用存儲(chǔ)大量全息圖?？捎酶道锶~全息圖也可以用像面全息圖的形式記錄物信息，參考光采用平面波。復(fù)用方式可以是角度復(fù)用、波長(zhǎng)復(fù)用或相位復(fù)用。2022/12/9702．全息存儲(chǔ)的應(yīng)用(2)超大容量全息存儲(chǔ)器圖6-32分塊式全2．全息存儲(chǔ)的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)：角度復(fù)用和波長(zhǎng)復(fù)用可以存儲(chǔ)的全息圖總數(shù)大致相同，但波長(zhǎng)復(fù)用有著更高的面密度。全息盤潛在的高數(shù)據(jù)傳輸率不是依靠盤面轉(zhuǎn)速的提高，而是通過整頁(yè)并行讀出實(shí)現(xiàn)的，這也將相應(yīng)地緩解系統(tǒng)對(duì)高速機(jī)械運(yùn)動(dòng)的要求。目前，激光全息存儲(chǔ)仍然處于研究之中，它的實(shí)用化還有一定難度。2022/12/9712．全息存儲(chǔ)的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)：角度復(fù)用和波長(zhǎng)復(fù)用可以存儲(chǔ)的全息6.3.4激光存儲(chǔ)技術(shù)的新進(jìn)展1、電子俘獲光存儲(chǔ)技術(shù)一種適用于未來大容量計(jì)算系統(tǒng)的理想存儲(chǔ)器必須同時(shí)具有高存儲(chǔ)密度、高存取速率和長(zhǎng)壽命三個(gè)特點(diǎn)。電子俘獲存儲(chǔ)方式可具有這些特點(diǎn)，它是通過低能量激光去俘獲光盤特定斑點(diǎn)處的電子來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的，它是一種高度局域化的光電子過程。理論上講它的寫、讀、擦不受介質(zhì)物理性能退化的影響。最新開發(fā)的電子俘獲材料的寫、讀、擦次數(shù)已達(dá)108次以上，且寫、讀、擦的速率快至納秒量級(jí)。因此，借助于電子俘獲材料的固有特性，可以使激光存儲(chǔ)密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他類型的光存儲(chǔ)介質(zhì)。2022/12/9726.3.4激光存儲(chǔ)技術(shù)的新進(jìn)展1、電子俘獲光存儲(chǔ)技術(shù)201、電子俘獲光存儲(chǔ)技術(shù)-1電子俘獲激光存儲(chǔ)的具體過程是：當(dāng)一束激光(其光子能量在電子躍遷能量范圍內(nèi))照射到電子俘獲材料時(shí)，材料中的基態(tài)電子被激發(fā)到高能級(jí)E，后下落并被低能級(jí)T處的陷阱俘獲，形成被電子填充了的陷阱，它代表二進(jìn)制信息位“l(fā)”。寫入光束中斷后，此狀態(tài)仍能保持，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字光信號(hào)的存儲(chǔ)；信息的讀出是以陷阱對(duì)電子的釋放為基礎(chǔ)的，在一束近紅外光(其波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于足以使被俘獲電子逃逸出陷阱并躍入能級(jí)E之中的光子能量)照射下，光斑局域位置的被俘獲電子在獲得光子能量后躍遷到能帶E中，并與另種稀土原子作用后返回到基態(tài)G，同時(shí)發(fā)射出與躍遷過程損失的能量相對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光子，探測(cè)到這種光就能證實(shí)存儲(chǔ)單元局域位置處的陷阱被電子所填充(存在二進(jìn)制信息位“1”)。所以多次讀出(或選用適當(dāng)大功率光一次讀出)會(huì)使被俘獲電子基本耗盡，這就對(duì)應(yīng)于信息的擦除。2022/12/9731、電子俘獲光存儲(chǔ)技術(shù)-1電子俘獲激光存儲(chǔ)的具體過程是：當(dāng)1、電子俘獲光存儲(chǔ)技術(shù)-2實(shí)際測(cè)量表明：電子俘獲激光存儲(chǔ)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)模擬或多電平數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，利用這種技術(shù)并采用多電平信號(hào)鑒別和相關(guān)碼，可使傳統(tǒng)光盤的每面存儲(chǔ)容量增加至1.5GB，若進(jìn)一步將不同光譜響應(yīng)度的電子俘獲材料薄膜層堆疊起來，則能實(shí)現(xiàn)三維光存儲(chǔ)。電子俘獲技術(shù)還有如下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)表面缺陷及形貌擾動(dòng)不敏感，寫／擦循環(huán)次數(shù)無限，高速度存取等。總之，電子俘獲存儲(chǔ)是一種相當(dāng)有前途的激光存儲(chǔ)技術(shù)。2022/12/9741、電子俘獲光存儲(chǔ)技術(shù)-2實(shí)際測(cè)量表明：電子俘獲激光存儲(chǔ)技術(shù)2．光學(xué)雙光子雙穩(wěn)態(tài)三維數(shù)字存儲(chǔ)基于高速響應(yīng)、鎖模脈沖激光器的雙光子吸收產(chǎn)生了光學(xué)雙光子雙穩(wěn)態(tài)三維數(shù)字記錄方法，其基本原理是根據(jù)兩種光子同時(shí)作用于原子時(shí)，能使介質(zhì)的原子中某一特定能級(jí)上的電子激發(fā)至另一穩(wěn)態(tài)，并使其光學(xué)性能發(fā)生變化，所以若使兩個(gè)光束從兩個(gè)方向聚焦至材料的同一空間點(diǎn)時(shí)，便可實(shí)現(xiàn)三維空間的尋址寫入。利用材料折射率、吸收度、熒光或電性質(zhì)的改變來實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)。這種存儲(chǔ)技術(shù)的光信號(hào)是由熒光讀出，在未寫入點(diǎn)無熒光(零背景)，所以讀出靈敏度很高。由于光信號(hào)的寫入與讀取屬于原子對(duì)光量子的吸收過程，反應(yīng)速度為皮秒級(jí)。最小記錄單元的尺寸在理論上可達(dá)到原子級(jí)。這種方法能實(shí)現(xiàn)Tb／cm3的體密度、40Mb／s的傳輸速率。2022/12/9752．光學(xué)雙光子雙穩(wěn)態(tài)三維數(shù)字存儲(chǔ)基于高速響應(yīng)、鎖模脈沖激光2．光學(xué)雙光子雙穩(wěn)態(tài)三維數(shù)字存儲(chǔ)-1雙光子存儲(chǔ)技術(shù)的特點(diǎn)：(1)在雙光束記錄結(jié)構(gòu)中，對(duì)各光束的峰值功率要求不太高；(2)在單光束記錄結(jié)構(gòu)中，對(duì)光束的峰值功率要求很高，必須采用飛秒級(jí)鎖模脈沖激光器。(3)存儲(chǔ)體的形狀可采用立方體或多層盤片結(jié)構(gòu)，以提高存儲(chǔ)容量。(4)記錄信息的讀取，普遍采用“共焦顯微”系統(tǒng)以及CCD攝像頭。(5)對(duì)于光色變材料的記錄信息可采用雙光子讀出或者單光子讀出方案。(6)在光色變存儲(chǔ)方案中，摻雜AF240(2％)光色變分子(有機(jī)聚合物)的存儲(chǔ)密度可達(dá)到100Gbits／cm3以上。2022/12/9762．光學(xué)雙光子雙穩(wěn)態(tài)三維數(shù)字存儲(chǔ)-1雙光子存儲(chǔ)技術(shù)的特點(diǎn)：3．持續(xù)光譜燒孔技術(shù)光盤存儲(chǔ)通常稱為“位置選擇光存儲(chǔ)”，三維全息存儲(chǔ)稱為“角度和波長(zhǎng)選擇光存儲(chǔ)”，它們的存儲(chǔ)密度由于衍射限制所能達(dá)到的極限是1／λ3數(shù)量級(jí)或10-12cm3左右，相應(yīng)地1bit信息所占據(jù)的空間含有106-107個(gè)分子。如果能用一個(gè)分子存儲(chǔ)1位信息，存儲(chǔ)密度便能在目前光存儲(chǔ)的基礎(chǔ)上提高106～107倍，但相應(yīng)地要有適當(dāng)選擇或識(shí)別分子的方法。持續(xù)光譜燒孔(PSHB：PersistentSpectralHole-Burning)技術(shù)利用對(duì)不同頻率的光吸收率不同來識(shí)別不同分子，它有可能使光存儲(chǔ)的記錄密度提高3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，它屬于四維光存儲(chǔ)。2022/12/9773．持續(xù)光譜燒孔技術(shù)光盤存儲(chǔ)通常稱為“位置選擇光存儲(chǔ)”，三3．持續(xù)光譜燒孔技術(shù)用頻率為w0且線寬很窄的強(qiáng)激光(燒孔激光)激發(fā)非均勻加寬譜線的工作物質(zhì)，同時(shí)用另一束窄帶可調(diào)諧激光掃描該物質(zhì)的非均勻加寬的吸收譜線，則在吸收頻帶上激發(fā)光頻率w0處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)凹陷，這就是“光譜燒孔”

。PSHB光存儲(chǔ)是把燒孔激光調(diào)諧到熒光吸收譜帶內(nèi)的不同頻率位置，孔就出現(xiàn)在不同的頻率上，于是以有孔和無孔分別表示信息“1”和“0”兩個(gè)狀態(tài)，用測(cè)量透射光強(qiáng)的方法可以檢測(cè)孔的有無。但這種“孔”是瞬時(shí)的，可用強(qiáng)激光激發(fā)與之共振的離子發(fā)生光化學(xué)或光物理變化，從而使“孔”能保持較長(zhǎng)的時(shí)間，這樣就實(shí)現(xiàn)了光信息的存儲(chǔ)。這就是PSHB存儲(chǔ)技術(shù)的基本原理。2022/12/9783．持續(xù)光譜燒孔技術(shù)用頻率為w0且線寬很窄的強(qiáng)激光(燒孔激3．持續(xù)光譜燒孔技術(shù)光譜燒孔方法有可能突破光存儲(chǔ)密度的衍射限制，因?yàn)楣庾V燒孔除了利用記錄材料的空間維度以外，還可利用光頻率維度。在光斑平面位置不變的情況下，調(diào)諧激光頻率在吸收譜帶內(nèi)燒出多個(gè)孔，可實(shí)現(xiàn)在一個(gè)光斑位置上存儲(chǔ)多個(gè)信息。除了PSHB存儲(chǔ)信息外，還實(shí)現(xiàn)了光譜燒孔的全息存儲(chǔ)，全息圖的記錄是通過不同子集分子的光學(xué)特性而實(shí)現(xiàn)的。Kachru和Shen使用摻稀土的燒孔材料，在數(shù)據(jù)輸入/輸出（I/O）速率方面取得了突破性的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了以30Hz的幀速（視頻速率）隨機(jī)讀取500幅全息圖（每幅含有512×488像素）。這種存儲(chǔ)方法基于平面全息圖的存儲(chǔ)，如果將PSHB技術(shù)與全息技術(shù)相結(jié)合，其應(yīng)用前景將不可限量。2022/12/9793．持續(xù)光譜燒孔技術(shù)光譜燒孔方法有可能突破光存儲(chǔ)密度的衍射4.光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)除了激光光盤存儲(chǔ)技術(shù)以外，上述各種光存儲(chǔ)技術(shù)還處于研究發(fā)展階段，它們都是以提高存儲(chǔ)容量、密度、可靠性和數(shù)據(jù)傳輸速率為主要目標(biāo)。從整個(gè)學(xué)科發(fā)展的角度預(yù)測(cè)，高密度激光存儲(chǔ)技術(shù)的主要發(fā)展將著重于：（1）最基本、有效的數(shù)字式記錄方式。（2）進(jìn)一步縮小記錄單元，近場(chǎng)超分辨存儲(chǔ)是發(fā)展高密度光存儲(chǔ)的一個(gè)典型嘗試。隨著精密技術(shù)及弱信號(hào)處理等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，光信息的記錄單元將從目前的分子團(tuán)逐漸減小到單分子或原子量級(jí)。2022/12/9804.光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)除了激光光盤存儲(chǔ)技術(shù)以外，上述各種光4.光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（3）從目前的二維存儲(chǔ)向多維存儲(chǔ)發(fā)展。多維包含兩方面的含義：一是指記錄單元空間尺度的多維，平面存儲(chǔ)拓展到三維體存儲(chǔ)和基于光譜燒孔效應(yīng)的四維光存儲(chǔ)；二是指復(fù)用維數(shù)的多維，用全息的波長(zhǎng)或角度選擇性增加實(shí)際存儲(chǔ)的復(fù)用維數(shù)。（4）并行讀寫逐步代替串行讀寫，以提高數(shù)據(jù)的讀取傳輸率。并行讀寫功能是體信息頁(yè)面存儲(chǔ)的一個(gè)固有特性，是體全息存儲(chǔ)被普遍重視的原因之一。（5）改善和發(fā)展存儲(chǔ)系統(tǒng)的尋址方法，努力實(shí)現(xiàn)無機(jī)械尋址的實(shí)用化，從根本上解決目前難以提高隨機(jī)尋址速度的問題。（6）光學(xué)信息存儲(chǔ)同光學(xué)信息處理相結(jié)合以提高信息系統(tǒng)整體性能及功能，充分利用光學(xué)特性實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)、傳輸、處理和計(jì)算的集成。2022/12/9814.光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（3）從目前的二維存儲(chǔ)向多維存儲(chǔ)發(fā)展本章思考題與習(xí)題1.激光在信息技術(shù)中有那些應(yīng)用？2.給出激光掃描器的應(yīng)用實(shí)例。3.激光打印機(jī)的基本組成是什么？其工作原理是什么？4.激光打印機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)？5.激光存儲(chǔ)的基本原理是什么？6.激光存儲(chǔ)如何分類？7.光存儲(chǔ)技術(shù)與傳統(tǒng)的磁存儲(chǔ)技術(shù)相比有何特點(diǎn)？8.激光光盤有那些類型？9.光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是什么？2022/12/982本章思考題與習(xí)題1.激光在信息技術(shù)中有那些應(yīng)用？2022/本章結(jié)束，謝謝！2022/12/983本章結(jié)束，2022/12/883光與現(xiàn)代科技講座第六章光與信息技術(shù)中的應(yīng)用2022/12/984光與現(xiàn)代科技講座第六章2022/12/81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zongrong@.c六章光與信息技術(shù)中的應(yīng)用光與現(xiàn)代科技2022/12/985光與現(xiàn)代科技講座云南大學(xué)信息學(xué)院通信工程系第六章光與信息光與現(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)42022/12/986光與現(xiàn)代科技講座第一章概述22022/12/83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(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r簡(jiǎn)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2022/12/987第六章光與信息技術(shù)中的應(yīng)用§6.1激光掃描器§6.3激光與信息技術(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(cè)、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(jiǎn)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。2022/12/988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§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(cè)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(cè)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。2022/12/989§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)6.1.1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(jiǎn)單，成本也較低。2022/12/9906.1.1激光掃描器激光掃描器可分為低慣量掃描器(Low(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)

2022/12/991(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(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(duì)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(chǎng)使轉(zhuǎn)子的兩個(gè)對(duì)角一邊加強(qiáng)，而另一邊減弱，從而產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩。2022/12/992(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(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(cè)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(zhǎng)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(duì)角度變化的信息。2022/12/993(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(1)低慣量掃描器常用的感應(yīng)驅(qū)動(dòng)線圈諧振鏡掃描器典型結(jié)構(gòu)如圖6-2所示，包括平衡的扭力桿和電感轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)部分。反射鏡被扭力桿T1和T2完全對(duì)稱懸掛，當(dāng)反射鏡運(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)引起扭力擾動(dòng)。圖6-2感應(yīng)驅(qū)動(dòng)線圈諧振鏡掃描器結(jié)構(gòu)

諧振鏡掃描器只能工作在很窄的頻率范圍內(nèi)，它的振蕩是一種簡(jiǎn)單、周期性的諧振運(yùn)動(dòng)，但若采用諧振放大器，掃描器將具有很高的掃描頻率和很大的掃描角。2022/12/994(1)低慣量掃描器常用的感應(yīng)驅(qū)動(dòng)線圈諧振鏡掃描器典型結(jié)構(gòu)如圖(1)低慣量掃描器與變壓器的工作原理一樣，驅(qū)動(dòng)線圈的磁場(chǎng)通過軟鐵芯與轉(zhuǎn)子的相互作用而產(chǎn)生。感應(yīng)驅(qū)動(dòng)線圈諧振鏡掃描器的轉(zhuǎn)子是長(zhǎng)方形的金屬環(huán)，在環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，它的動(dòng)圈通過感應(yīng)加載。低慣量掃描器系統(tǒng)的選擇取決于對(duì)掃描器應(yīng)用的要求。在不同的應(yīng)用中對(duì)掃描器的參數(shù)要求是不一樣的，它的主要參數(shù)有：光斑的尺寸，光斑的質(zhì)量，光點(diǎn)掃描的速度和回掃時(shí)間，光斑在掃描場(chǎng)中的線性；掃描角的大小和鏡面反射的質(zhì)量等。2022/12/995(1)低慣量掃描器與變壓器的工作原理一樣，驅(qū)動(dòng)線圈的磁場(chǎng)通過

低慣量掃描器常用于二維平面場(chǎng)掃描，其結(jié)構(gòu)主要有簡(jiǎn)單的雙鏡系統(tǒng)、中繼透鏡系統(tǒng)和槳形雙鏡系統(tǒng)等。簡(jiǎn)單雙鏡系統(tǒng)的光路圖如圖6-3所示，X軸和Y軸反射鏡的中心分別為點(diǎn)a和點(diǎn)b。掃描點(diǎn)c的坐標(biāo)為(0,Yi)。d是點(diǎn)b到輸出平面坐標(biāo)中心(0,0)點(diǎn)的距離。X軸和Y軸的掃描角分別為θx和θy。像平面上任意點(diǎn)的坐標(biāo)為(Xi，Yi)，當(dāng)Xi=Yi=0時(shí)，有θx=θy=0°。圖6-3簡(jiǎn)單雙鏡系統(tǒng)光路圖

2022/12/996低慣量掃描器常用于二維平面場(chǎng)掃描，其結(jié)構(gòu)主要有簡(jiǎn)單的雙鏡系第一、二個(gè)中繼透鏡的焦距分別為f1、f2，兩透鏡相距f1+f2。第二個(gè)掃描器的掃描軸