【正文】 2023/3/28 80 光與現(xiàn)代科技 ? （ 3）從目前的二維存儲(chǔ)向多維存儲(chǔ)發(fā)展。 2023/3/28 76 光與現(xiàn)代科技 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 1012cm3左右，相應(yīng)地 1bit信息所占據(jù)的空間含有 106107個(gè)分子。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”)。 ? 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 )。 (其中入為光波波長(zhǎng) )。 2023/3/28 59 光與現(xiàn)代科技 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。 ? 這種光盤只能用來(lái)播放已經(jīng)記錄在盤片上的信息，用戶不能自行寫入。 ? 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(wú)物理、化學(xué)性質(zhì)的變化就代表了信息的有無(wú)，從而完成信息的“寫入”。 2023/3/28 48 光與現(xiàn)代科技 激光存儲(chǔ)的基本原理、分類及特點(diǎn) ? 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。 ? 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(lái)越低。 ? 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。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。 ? 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。 2023/3/28 28 光與現(xiàn)代科技 (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 610所示 )上首先應(yīng)用以來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用，且不斷推陳出新。 2023/3/28 23 光與現(xiàn)代科技 (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)。 ? 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。 ? 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) 2023/3/28 14 光與現(xiàn)代科技 ? 槳形雙鏡系統(tǒng)的光路圖如圖 65所示，兩根掃描軸正交、共面，形成一個(gè) XY平面。 圖 62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。 ? 采用活動(dòng)鐵芯結(jié)構(gòu)的、典型檢流計(jì)型掃描器如圖 61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。 激光掃描器 ? 激光掃描器 ? (1)低慣量掃描器 ? (2)全息掃描器 ? 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 ? 167。 ?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。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。 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)。 ? 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。 ? F8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。 ? 早期的掃描器大多采用 HeNe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(lái)使用的 HeNe激光器。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。 ? 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)。 (2)電子成像工作過程 1 2023/3/28 39 光與現(xiàn)代科技 ? 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。 ? 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(lái)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。 2023/3/28 47 光與現(xiàn)代科技 激光存儲(chǔ)的基本原理、分類及特點(diǎn) ? 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。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(lái)就一直受到人們的極大關(guān)注。 ? 另外，光盤的信息傳輸速率也比較高。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。 ? 2)存儲(chǔ)容量大。 ? 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”。 ? 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)。 ? (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。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。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。 2023/3/28 77 光與現(xiàn)代科技 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” 。 ? 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(wú)限，高速度存取等。 圖 631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) 2023/3/28 69 光與現(xiàn)代科技 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。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。 圖 6— 29光盤存儲(chǔ)器的雙光束光學(xué)系統(tǒng) 2023/3/28 60 光與現(xiàn)代科技 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 ( u m)； ? 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(lái)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)； ? 1 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。 ? 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。 2023/3/28 51 光與現(xiàn)代科技 ? 圖 627為一基本的光盤系統(tǒng)圖。 理論估計(jì)光儲(chǔ)存的面密度為 1／ λ2。 ? 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。 ? 當(dāng)同步信號(hào)到來(lái)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。 2023/3/28 37 光與現(xiàn)代科技 ? 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。 2023/3/28 32 光與現(xiàn)代科技 167。 ? 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。 ? 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)。 ? 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。 ? 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。 ? 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 。 ? 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。 ? 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(lái)等等 。 ? 下面主要介紹現(xiàn)有的激光掃描器及其基本特點(diǎn)和成