书城科普读物百科知识-科学百科-激光科技(科普新课堂)
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第4章

打印机是信息处理系统中人机联系的最基本的设备。激光打印机采用激光技术与电子照相相结合的方式进行工作,是新一代的信息输出设备。它与撞针式打印机比较有明显的优越性能:分辨率高,一般为每厘米120点以上。速度快、噪音低,可以灵活地进行图表、文字处理。激光打印机配以专用的汉字字库,其打印质量已可与印刷文字相媲美,而其打印的灵活性又是印刷文字所远不能及的。随着计算机的日益普及,在统计、管理等领域里日益要求文件、周表有较高的印刷质量。激光打印机在强大的市场推动下近年来有了快速的发展,已形成一门有相当规模的新兴产业。

激光打印机是1975年作为大型计算机高速输出用的行式打印机推出的,它的印刷速度每分钟可达1万次。到70年代末期,陆续推出了一批中速激光打印机,兼顾到集中打印需要较高速度,并具有高质量的印字功能和图像处理功能。到80年代,随着计算机技术的快速发展和日益普及,新兴起的“OA”领域要求更为灵活、小型化、多功能的输出设备。以日本RICON、佳能、冲电气以及美国惠普公司等为代表推出一批小型低速激光打印机投向市场,而且经年不衰。由于市场的扩大以及激光技术的发展,小型低速激光打印机采用了自调制的半导体激光器作为光源,使得结构简化,体积小到只有普通打字机一般,任何办公室都有可能独立地配置。

除了小型化和价格竞争外,激光打印机还在向彩色印刷方向发展。1986年美国QMS公司和Color公司联合研究和开发了一种“Colorgraphix3010”型激光打印机。其最大优点是解决了对深红、深蓝及黄色进行精确的配比覆盖问题,从而使彩色印刷可以达到和原图一样的色彩质量。印刷速度为单色每分钟30页,双色每分钟15页,以此类推,最高可达5色,分辨率为120点/厘米。这种打印机体积并不大,可以放在桌上。

激光打印机的工作原理实际上和普通静电复印机差不多,所不同的是用受计算机输出信息控制的激光束扫描代替了普通复印机中原稿的反光在感光体上成像。

微机和字库由于激光打印机的高分辨率特性,从而使得打印机内部的微机要有高速寻址和大容量存储的能力。对于每一个汉字、信息量即达10m位,对于一种字库的汉字(约7000字)存储量即高达7兆位,因此内存的容量必须达到1兆至数十兆字节,寻址速度也必须十分高。

激光光源用在激光打印机上的激光器有氦氖(HeNe)、氦镉(He-Cd)、半导体、等离子激光器等。高速大容量的打印机,大多配以氦镉激光器。中速高印刷质量的打印机,大多配以氦氖激光器。小型、低速的激光打印机则以自调制的半导体激光器作光源,但有的小型机也配用氦氖激光器。

调制器经计算机处理后的文件信息送到激光打印机的光调制器,用来控制光束的开与关。外调制器常采用声光调制技术,调制频率达几十兆赫。光束信噪比(S/N)达50∶1。

经过调制的激光束,通过扫描光学系统偏转激光束在感光体上形成扫描图像。以前用声光偏转器扫描,分辨率不高。

现在激光打印机扫描几乎都采用多面体棱镜高速旋转方式。

这种扫描方式转速极高,每分钟数万次,因此对多面棱镜的加工和驱动电机的要求都极高。目前已考虑采用制造成本低廉的旋转全息图来制作偏转器。旋转用全息术做成的等间隔直线衍射光栅,可实现圆弧扫描。用光学系统对扫描线的弯曲部分进行修正,即可实现直线扫描。

成像透镜的任务是把旋转多面棱镜产生的恒定转速的偏转在感光镜上形成恒定速度的扫描并形成完整的帧平面画面。

经过与普通复印机一样的感光、显影、转印、定影,一张清晰优美的文件便诞生了。

激光教鞭

在举办讲座、展览商品、到现场查看工程质量等凡需用黑板、挂图、投影仪以及需要指点确切位置的场合,有经验的机关工作人员就会早早地准备上一根1.5~2米长的细棒,这就是因学校的教师经常拿在手上而得名的器具——“教鞭”。

激光的出现为教鞭也带来了现代化的气息:在美国光学会“9010Optconn”展览会上展出的激光教鞭,格外引人注目,其诱人之处就在于它是利用可见光激光二极管制作而成的。这种激光二极管不仅可以作成激光教鞭,利用其可见光亮度高、方向性好的特性,还可以制成枪械的射击瞄准指示装置,即装其设计在可以套在枪管上的瞄准具上,使之与枪管基线平行,就可以指哪打哪,免去了眯起眼睛对准表尺缺口和准星“三点成一线”的麻烦。

外国已有作为防暴警察枪支的标准装备配备的,在开枪射击前,可以用激光束指示进行警告,也可以用激光束直接引导射击,具有很强的威慑力。

我国台北市的成益企业公司,开发出了用于照相机的方向指示器。照相机方向指示器有一快门联动机构,以防止将激光束散射的光摄入底片。这种装置在抢拍运动目标时特别有用,因为只要光线指向的目标在符合摄影家的要求时,按下快门就行了,避免了躬腰屈腿在照相机的平视取景器里追踪目标的劳苦。

激光光纤通信

远在18世纪初,一位工人在劳动中无意中观察到水管里的水能够导光。时隔不久,一位希腊工人又发现光不仅可以从玻璃细棒的一端迅速地传到另一端,而且丝毫不向棒外空间发散,如同水在水管里流动一样。虽然人们很早就发现了光导现象,但一是没有高质量的相干光源,二是没有低损耗的玻璃纤维材料,所以人们只是使用普通玻璃丝与普通光进行一些关于光的全反射以及折射的演示和试验。

1960年激光出现后,于1966年刚从英国伦敦大学毕业的33岁的英籍华人科学家高琨,发表了一篇题为《适合于光频率的绝缘介质纤维表面波导》的论文,首次提出了只要解决玻璃纯度和成分就能获得光传输损耗极低的玻璃纤维的学说。依据这一理论,1970年美国康宁公司首次提出了光耗20分贝/公里的光纤设想,从此光纤研究和生产领域逐渐活跃起来。到80年代,光纤技术已形成一门相当规模的产业,达到了实用阶段。

所谓“光导纤维”实际上是一种比头发丝还细的玻璃纤维丝,呈圆柱形结构,中间为直径8微米或50微米的纤芯,外面裹以与纤芯折射率搭配的包皮,以保证实现光纤内的全反射。

然后再涂上塑料护套,外径一般为125微米。可像普通金属导线那样由多股绞合而成光缆。目前一根光缆可以通几万路电话或几十路彩色电视节目,如美国的144芯光缆就是这样。

在光纤通信中所使用的通信机,结构比起激光大气通信机来,除编码和调制系统外,取消了瞄准系统。发射和接收天线也简化为集成化耦合器,由激光通信机直接耦合到光缆之中。此外,在长距离传输中,光中继放大器也是不可少的。

激光光纤通信虽然发展得比较晚,但由于巨大的市场推动作用,目前已成为现代通信领域内的一大支柱,并且有越来越兴旺的趋势。美国早在1988年就铺设成功横跨大西洋、容量为3.2万路双向电话的TAT-8海底光缆通信工程。日本经济企划厅“2010年技术研究预测研究会”于1991年7月18日提出报告书,要求在2010年前后将超高密度、超高速“太比特光通信系统”付诸实用,该技术为传送彩色图像所必不可少。

与太比特光通信系统连同相关技术,如光纤、存储元件、光计算机元件及机器,加在一起将产生超过10亿日元的巨大市场,成为日本高技术产业的支柱。

而欧洲,在20世纪末,光纤市场也异常活跃。它在持续经济衰退的阴影中一枝独秀,1991年交易额为11亿美元。预计1995年将达到23亿美元,平均年增长率为17%。

以国际数字通信公司、国际电报公司为首的各国从事国际通信的企业家,1991年8月6日在英国签订了连接从日本到新加坡的海底光缆APC的建设与维修协定,并着手建设。

预计有23个国家、地区的38家公司将成为这条光缆的共同所有者,于1993年7月底开始交付使用。它成为从日本向东南亚延伸的第一条长距离光缆。

根据《日本产经新闻》1992年12月21日报道,从美国西海岸彼特兰的太平洋电信公司,到日本国际数字通信三浦电缆局之间,8397公里的高清晰度影像传送和数字影像传送都获得了圆满的成功。

我国自1987年首先在上海两个市话分局之间铺设了一条1.8公里长的光纤通路,至今已建成的光缆总长达5000公里以上。

1992年12月14日,我国邮电部、日本国际电报电话公司和美国电报电话公司,在北京就开通中国南汇至日本九州的官崎,全长1250公里、560兆比特、7560回路的两条海底光缆的建设和维修达成协议,1993年12月底前开通。这将成为开通我国第一条连接国外的海底光缆。

我国的南沿海光缆干线,已于1992年11月24日全线开通,使得沿线长途通信能力提高了10倍以上。这条干线全长2800公里,容量超过了1万条回路,共投资4.5亿元。途经江苏、上海、浙江、福建、广东4省1市与72个城市联网,将为改革开放发挥出巨大的作用。

目前,我国已陆续建成北京-济南-南京、北京-沈阳-哈尔滨、徐州-郑州、郑州-西安-成都、杭州-福州-贵州-成都、北京-武汉-广州、西安-兰州-乌鲁木齐等7条光缆干线,总长度为3.2万公里,总投资超过60亿元。在祖国大地将构成一个完整的光缆干线网,彻底改变了通信拥挤的现状。

光纤通信在军事上同样应用很广。美空军后勤司令部目前已在8个空军基地铺设了据称是迄今世界上同类网络中最大的光纤通信网络,每个基地至少有8000台主计算机、终端等设备连接在网络中。美军是在1986年正式开放军用光缆市场的,仅用一年多的时间,就铺设了12.5万公里的光纤通路,其应用规模和发展速度使通信工业界大吃一惊。

激光识别条形码

在发达国家里,超级市场已成为人们选购货物的中心,中小型市场及商店也大都用了自选售货的方法。在我国,自选商场也不断涌现。在装备有电子收银机的超级市场或自选商场里的货架上,已基本上看不到没有条形码标志的商品了。

即使在其他商店里,有经验的家庭主妇在挑选商品也会认真地看一看包装上有没有条形码。那么,条形码究竟代表了什么意思,它又是怎样阅读的,在商品流通中起什么作用呢?这就不得不从条形码的身世谈起。

条形码符号就是一组粗细不同、按特定格式安排间距的平行线条。众多线条截然不同的组合排列形式可以产生出亿万种完全不同的专门信息,由此记载各商品的生产国、制造厂名称、制品门类、特征、生产日期等多种信息,以便实现自动售货。开始,西欧各国主要使用在食品、杂货的储存和销售行业的管理上,到1985年已发展至通用商品的流通中。目前,世界上近20万种商品由于采用了条形码而实现了自动扫描售货。

为适应国际潮流,促进商品出口,“中国物品编码中心”也于1991年5月14日代表我国正式加入了这一国际组织,并相继成立了广东、深圳、湖北、江苏、上海、浙江、辽宁、四川等分中心,中国物品编码中心与商业都一起正在建立超级市场的自动销售系统(即POS系统)。截止1992年底,我国已有数百个出口企业获得了使用国际通用条形码的资格,3000多种出口产品实现了条形码化。

条形码识读的“眼睛”就是条形码扫描器。其扫描器目前又可分为激光扫描器与非激光扫描器两大类。激光阅读仪能自动扫描且有较大的视场深度,而且是一种非接触式的扫描器,可以准确地阅读各种商品的条形码,给经常在收银机前排队等候的家庭主妇带来了喜讯。

自1974年世界上第一台激光条形码扫描阅读器问世以来,用氦氖激光的台式条形码扫描技术已日臻成熟,并已用于商业网点的自动结账系统。1982年出现的手持式光束移动氦氖激光条形码扫描器,是靠偏转镜自动扫描条形码。这种氦氖激光扫描器虽然需要较大的驱动电源,但是,由于其使用方便和功能齐全而被广泛采用。1987年,仅在美国零售业就售出了7.5万台,1988年又售出了12.5万台。为了缩小体积,1986年开始研究使用二极管激光器作为光源,1988年,可见光二极管激光器的问世,提供了低成本、低功耗的固态器件。它不仅能有效地适用于热印纸和蓝绿色符号的扫描,也使手持式条形码阅读仪的小型化、轻便化成为可能。

目前,世界上可见光二极管激光扫描器,正在逐步取代氦氖激光扫描器而占据了绝大部分条形码市场。据不完全统计,现已有了30万台可见光二极管激光扫描器投入使用。整个扫描系统安装在一个轻便、小型的激光扫描头内,通过电缆插头与主计算机系统相联结,其寿命已达25万小时,目前已与编码、存贮、检索技术一起形成了一支重要的激光条形码产业。

激光绘图

船行离不开海图。海图是大海航行的路标,海图和航海息息相关。

是啊,大海深处的暗礁、险滩和冰山,是船只航行的“拦路虎”和“绊脚石”,时刻在对航行的船只造成威胁。

可见,海图对航行是多么重要啊!它如同领航员的眼睛。

不过,虽然海图如此重要,但要绘制一张精确的海图,却并非易事。

这是因为,水域下面地貌不同,海底高低不平,暗礁深藏不露,这对科学技术不太发达的过去来说,其困难不知要有多大!

有了激光技术,就可以帮助人们绘制精确的海图。澳大利亚海军,利用激光技术绘制精确的海图时,进行了大胆地探索,提出了一种切实可行的测量方案。

他们将一台激光测深仪器设置在一架改制过的“福克”号客机上,从飞机上可以同时发射一束0.532微米的蓝色激光和一束1.064微米的红外激光。

当红外激光到达海面时,即被反射回飞机。

蓝激光可透过海水到达海底,由海底礁石等物体反射回飞机。

这样,分别测量这两束激光往返的时间,就能同时测出飞机离开海平面和海底深处的高度。因而,把两个高度相减,就能得到海水的深度。

在实测过程中,澳大利亚海军的科技工作者,通过转动反射镜,使光束来回扫描,这样,在同一飞行高度上,可以测量207米宽的海面。每秒钟可测量168次。