Московский государственный университет печати

Сидоров А.С.


         

Электронные устройства полиграфического оборудования: Ч. 2. Лазеры в полиграфии

Учебное пособие


Сидоров А.С.
Электронные устройства полиграфического оборудования: Ч. 2. Лазеры в полиграфии
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление

Введение

1.

Лазерное излучение

1.1.

Физические принципы

1.2.

Возбуждение, автоматическая фокусировка, частотный спектр лазерных колебаний

1.3.

Энергетические характеристики, режимы действия лазеров

2.

Лазеры

2.1.

Сведения общего характера

2.2.

Твердотельные лазеры

2.3.

Газовые лазеры

2.4.

Полупроводниковые лазеры

3.

Преобразователи лазерного излучения

3.1.

Базовые физические эффекты

3.2.

Поляризационные призмы и пластины

3.3.

Электрооптические модуляторы и дефлекторы

3.4.

Акустооптические преобразователи

4.

Оптико-электронное оснащение лазеров

4.1.

Принципы и схемы оптического сканирования

4.2.

Способы и средства лазерного сканирования

4.3.

Оптические преобразователи лазерного излучения

4.4.

Оптическое соединение полупроводниковых лазеров и волоконных световодов

4.5.

Схемотехника управления полупроводниковыми лазерами

5.

Лазеры в устройствах получения, преобразования и передачи информации

5.1.

Сканеры, читающие автоматы

5.2.

Голография

5.3.

Измерительная техника

5.4.

Волоконно-оптические линии связи

6.

Лазерная техника отображения и записи информации

6.1.

Фотонаборные машины и автоматы

6.2.

Принтеры, электрофотографические аппараты

6.3.

Системы компьютер - печатная форма

6.4.

Оптические запоминающие устройства и среды

Библиографический список

Указатели
37  именной указатель
349  предметный указатель
534  указатель иллюстраций
Иллюстрации
Быстродействующее устройство возбуждения полупроводникового лазера с транзисторным переключателем тока (3)
Рис. 1.01. Основные энергетические взаимодействия микрочастиц: а - поглощение; б - спонтанное излучение; в - стимулированное излучение (8)
Рис. 1.02. Формирование когерентных оптических колебаний (2)
Рис. 1.03. Энергетическое распределение микрочастиц: а - нормальное; б - инверсное (3)
Рис. 1.04. Стимулированное излучение фотонов в трехуровневых (а) и четырехуровневых (б) квантовых системах (6)
Рис. 1.05. Усиление оптических колебаний в активной среде
Рис. 1.06. Оптический резонатор Фабри - Перо в лазерной системе: а - структура резонатора; б - размещение активной среды; в - формирование лазерных колебаний (6)
Рис. 1.07. Модель генерации лазерных колебаний
Рис. 1.08. Зависимость коэффициента усиления оптической волны от инверсии населенностей и частоты (3)
Рис. 1.09. Определение частотного спектра лазерных колебаний (4)
Рис. 1.10. Частотная избирательность оптического резонатора
Рис. 1.11. Расходимость лазерного излучения в оптическом резонаторе
Рис. 1.12. Зависимость мощности лазерных колебаний от мощности накачки
Рис. 1.13. Зависимость выходной мощности Рвых лазера от коэффициентов пропускания т зеркал резонатора для различных значений внутренних потерь Ai в гелий-неоновом лазере с l = 6928 нм.
Рис. 1.14. Изменение амплитуды электромагнитного поля в поперечном сечении лазерного (гауссова) пучка
Рис. 1.15. Воздействие мощного лазерного излучения на поверхность вещества (металла) (5)
Рис. 2.01. Рубиновый лазер с оптической накачкой: элементы конструкции
Рис. 2.02. Твердотельные лазеры непрерывного действия (варианты конструкции) (3)
Рис. 2.03, а. Энергетические диаграммы рубинового лазера (4)
Рис. 2.03, б. Энергетические диаграммы рубинового лазера (6)
Рис. 2.04. Спектр поглощения рубина (3)
Рис. 2.05. Диаграмма энергетических уровней неодима в иттриево-алюминиевом гранате (2)
Рис. 2.06. Диаграмма энергетических уровней лазера на неодимовом стекле
Рис. 2.07. Конструкция кадмиевого лазера
Рис. 2.08. Энергетические уровни и переходы аргонового лазера (длины волн указаны в нанометрах)
Рис. 2.09. Конструкция гелий-неонового лазера
Рис. 2.10. Угол Брюстера
Рис. 2.11, а. Энергетические уровни и переходы гелий-неонового лазера
Рис. 2.11, б. Энергетические уровни и переходы гелий-неонового лазера
Рис. 2.12. Внутренние колебания трехатомной молекулы СО2 (5)
Рис. 2.13. Лазер на углекислом газе с поперечной прокачкой (4)
Рис. 2.14. Конструкция полупроводникового лазера (3)
Рис. 2.15. Гомо- и гетероструктуры полупроводниковых лазеров (4)
Рис. 2.16. Энергетические диаграммы вырожденной полупроводниковой структуры (2)
Рис. 2.17. Формирование активной области в полупроводниковом лазере с гомоструктурой (2)
Рис. 2.18. Конструкция полупроводникового лазера с гомоструктурой
Рис. 2.19. Формирование активной области (б) в полупроводниковом лазере с односторонней гетероструктурой (а) (2)
Рис. 2.20. Формирование активной области (б) в полупроводниковом лазере с двойной гетероструктурой (а) (2)
Рис. 2.21. Варианты конструкции полупроводникового лазера ДГС-типа (2)
Рис. 2.22. Волноводное ограничение лазерных лучей в гомо- и гетероструктурах (4)
Рис. 2.23. Сопоставление типовых структур полупроводниковых лазеров (7)
Рис. 2.24. Зависимость выходной мощности лазерного диода от уровня тока возбуждения (инжекции)
Рис. 2.25. Рассеяние оптического излучения полупроводникового лазера (6)
Рис. 2.26. Спектральные характеристики светоизлучающего (а) и лазерных (б, в) диодов (4)
Рис. 2.27. Повышение добротности полупроводниковых лазеров (2)
Рис. 3.01. Колебания проекций электрического вектора Е световой волны на взаимно перпендикулярные оси х и у (4)
Рис. 3.02. Различные поляризации светового луча (6)
Рис. 3.03. Двойное лучепреломление в анизотропной среде (3)
Рис. 3.04. Схема наблюдений явления Керра
Рис. 3.05. Магнитооптический модулятор света
Рис. 3.06. Однолучевая поляризационная призма в объемном (а) и плоском (б) представлениях
Рис. 3.07. Предельные углы падения фи1 и фи2 лучей света на поляризационную призму Глана - Томсона (5)
Рис. 3.08. Поляризационные призмы Николя (а) и Фуко (б) (7)
Рис. 3.09. Поляризационные призмы Глана (а) и Глазебрука (б) (3)
Рис. 3.10. Поляризационная призма Франка - Риттера (5)
Рис. 3.11. Поляризатор из стекла и исландского шпата
Рис. 3.12. Поляризатор Аренса
Рис. 3.13. Двухлучевые поляризационные призмы Рошона (а), Сенармона (б), Волластона (в), из исландского шпата и стекла (г), Аббе (д) (6)
Рис. 3.14. Фазовая пластина: а - анизотропные свойства; б - распространение обыкновенного и необыкновенного лучей
Рис. 3.15. Четвертьволновая (а) и полуволновая (б) фазовые пластины (4)
Рис. 3.16. Продольный электрооптический модулятор (9)
Рис. 3.17. Фазовый сдвиг оптических лучей в продольном электрооптическом модуляторе (3)
Рис. 3.18. Фазовый электрооптический модулятор (2)
Рис. 3.19. Зависимость коэффициента пропускания a продольного электрооптического модулятора от приложенного напряжения U
Рис. 3.19. Зависимость коэффициента
Рис. 3.20. Действие электрооптического модулятора в режиме жесткой коммутации пучка света
Рис. 3.21. Амплитудная модуляция потока света управляемым электрооптическим устройством (2)
Рис. 3.22. Амплитудный электрооптический модулятор с четвертьволновой фазовой пластиной
Рис. 3.23. Поперечный электрооптический модулятор (2)
Рис. 3.24. Модулятор с двумя электрооптическими кристаллами
Рис. 3.25. Электрооптическое управление добротностью рубинового лазера (3)
Рис. 3.26. Электрооптическая модуляция добротности рубинового лазера (2)
Рис. 3.27. Отклонение пучка света в аналоговом электрооптическом дефлекторе (4)
Рис. 3.28. Аналоговый электрооптический дефлектор (2)
Рис. 3.29. Цифровой электрооптический дефлектор
Рис. 3.30. Формирование регулярной дифракционной решетки в акустооптической среде (2)
Рис. 3.31. Акустооптический преобразователь
Рис. 3.32. Акустооптическая дифракция Рамана - Ната (а) и Брэгга (б) (7)
Рис. 3.33. Акустооптический модулятор
Рис. 3.34. Дифракция оптического излучения по Брэггу (3)
Рис. 3.35. Сфазированное отражение лучей света в акустооптической среде
Рис. 3.36. Акустооптический преобразователь (дефлектор) лучей света (2)
Рис. 3.37. Ультразвуковое управление углом отклонения оптического луча
Рис. 3.38. Акустооптический дефлектор в схеме импульсного возбуждения твердотельного лазера
Рис. 4.01. Одномерное оптическое сканирование плоского объекта игольчатым лучом (в проходящем свете) (8)
Рис. 4.02. Одномерное оптическое сканирование плоского объекта игольчатым лучом (в отраженном свете) (2)
Рис. 4.03. Параллельный ввод информации плоским лучом (4)
Рис. 4.04. Двумерное оптическое сканирование объекта узким лучом света (6)
Рис. 4.05. Параллельный ввод информации об оптических характеристиках двумерного объекта (4)
Рис. 4.06. Перемещение игольчатого сканирующего луча при винтовом, зигзагообразном, спиральном и коническом просмотре зоны (5)
Рис. 4.07. Оптико-механическая развертка изображений в лазерных сканирующих устройствах (8)
Рис. 4.08. Лазерное сканирующее устройство (4)
Рис. 4.09. Лазерное сканирующее устройство с субрастровой записью изображений (2)
Рис. 4.10. Лазерное сканирующее устройство с дообъективной разверткой изображения
Рис. 4.11. Сканирование лазерным лучом внутренней (а) и внешней (б) поверхностей цилиндра (5)
Рис. 4.12. Оптико-механические дефлекторы лазерных лучей (8)
Рис. 4.13. Сканирование лазерного луча многогранным зеркальным дефлектором (2)
Рис. 4.14. Стробирование лазерного луча с помощью временной шторки (2)
Рис. 4.15. Отсчет синхроимпульсов на основе круговой шкалы (2)
Рис. 4.16. Сканирующее устройство с лазерным интерферометром
Рис. 4.17. Действие телескопической системы
Рис. 4.18. Объективы, применяемые в оптико-электронных приборах (7)
Рис. 4.19. Действие конденсора в преобразователях оптического излучения (3)
Рис. 4.20. Оптическая система для концентрации излучения лазера
Рис. 4.21. Зеркальная (а) и линзовая (б) телескопические системы (5)
Рис. 4.22. Фокусировка лазерного излучения в технологии сверления отверстий (3)
Рис. 4.23. Волоконный световод
Рис. 4.24. Числовая апертура, полное внутреннее отражение оптического излучения в волоконном световоде
Рис. 4.25. Варианты распространения оптического излучения в волоконном световоде
Рис. 4.26. Многомодовые ступенчатое (а) и градиентное (б) волокна; одномодовый световод (в) (8)
Рис. 4.27. Дисперсия оптического излучения в многомодовом ступенчатом волокне
Рис. 4.28. Спектральная зависимость энергетических потерь волоконного световода
Рис. 4.29. Варианты непосредственного соединения полупроводникового лазера и волоконного световода (4)
Рис. 4.30. Применение цилиндрической (а) и сферической (б) линз для оптического согласования полупроводникового лазера и волоконного световода (3)
Рис. 4.31. Применение стержневых линз для ввода и вывода оптического излучения (3)
Рис. 4.32. Диаграммы управления мощностью излучения полупроводникового лазера в режимах цифровой (а) и аналоговой (б) модуляции (3)
Рис. 4.33. Каскад управления на биполярных транзисторах (6)
Рис. 4.34. Каскад управления на полевом транзисторе (4)
Рис. 4.35. Управление полупроводниковым лазером по двум транзисторным каналам
Рис. 4.36. Ретрансляторы оптических сигналов (3)
Рис. 4.37. Электронная стабилизация тока возбуждения полупроводникового лазера (2)
Рис. 4.38. Стабилизация тока возбуждения полупроводникового лазера по оптическому каналу (2)
Рис. 4.39. Устройство управления полупроводниковым лазером по оптическому каналу (5)
Рис. 4.41. Устройство управления полупроводниковым лазером с комбинированной (электрической и оптической) обратной связью (3)
Рис. 4.7. Оптико-механическая развертка изображений в лазерных сканирующих устройствах
Рис. 5.01. Преобразование фрагмента (б) штрихового кода (а) в фотоэлектрические (в) и цифровые импульсные (г) сигналы (4)
Рис. 5.02. Лазерный сканер для анализа изображений (2)
Рис. 5.03. Матричное представление английских букв F, O и L (2)
Рис. 5.04. Лазерное сканирующее устройство читающего автомата
Рис. 5.05. Оптическая схема записи голограммы (2)
Рис. 5.06. Оптическая схема воспроизведения голограммы (4)
Рис. 5.07. Пространственное (а) и временное (б) распределение гармонической световой волны (2)
Рис. 5.08. Получение голограммы плоской волны (а) и распределение интенсивности света на поверхности фотопластины (б) (7)
Рис. 5.09. Восстановление плоской волны, фиксированной на голограмме (3)
Рис. 5.10. Получение голограммы точечного объекта (3)
Рис. 5.11. Восстановление изображения точечного объекта, зафиксированного на голограмме (2)
Рис. 5.12. Интерференционные кольца на голограмме точечного объекта: а - модель для расчета; б - распределение по радиусам rm; в - зависимость радиуса rm от порядка (номера) m интерференционного максимума (4)
Рис. 5.13. Зонные пластины Френеля: а - процесс получения концентрических зон (колец); б, в - варианты с открытыми нечетными и четными зонами (3)
Рис. 5.14. Пластина с зонами (кольцами) Френеля: а - оптическая схема получения; б - воспроизведение точечного изображения (фокусирующее действие) (2)
Рис. 5.15. Наблюдение восстановленных изображений объектов под различными углами зрения (3)
Рис. 5.16. Оптические схемы записи голограммы (а) и восстановления изображения (б) прозрачного объекта (транспаранта) (3)
Рис. 5.17. Оптическая схема записи голограммы прозрачного объекта
Рис. 5.18. Принцип голографической интерферометрии (техническая иллюстрация) (2)
Рис. 5.19. Голографическая интерферометрия в реальном времени (на примере голографического измерения деформации торца сосуда) (4)
Рис. 5.20. Оптическая схема голографического микроскопа (2)
Рис. 5.21. Оптическая схема двойного преобразования Фурье (8)
Рис. 5.22. Применение двойного преобразования Фурье для оптической фильтрации изображения: а - схема фильтрации; б - распределение света в плоскости преобразования; в - маска для фильтрации горизонтальных линий (5)
Рис. 5.23. Оптическая схема получения Фурье-голограммы объекта (3)
Рис. 5.24. Голографическое распознавание объектов (образов)
Рис. 5.25. Голографические схемы записи (а) и восстановления (б) страницы двоичных данных (3)
Рис. 5.26. Голографическая матрица: а - запись данных; б - считывание информации (4)
Рис. 5.27. Кодирование информации для цифровой голографической записи
Рис. 5.28. Применение голографического запоминающего устройства для ввода данных в оптическое устройство обработки информации
Рис. 5.29. Голографическое запоминающее устройство
Рис. 5.30. Взаимодействие при относительном движении излучателя света и объекта (эффект Доплера): а - сближение; б - удаление (5)
Рис. 5.31. Лазерный доплеровский анемометр (2)
Рис. 5.32. Лазерный интерферометр для измерения линейных перемещений и размеров
Рис. 5.33. Лазерный дальномер: а - оптическая схема; б - электрическая схема блока управления; в - временные диаграммы (4)
Рис. 5.34. Дифракционное измерение диаметра проволоки (3)
Рис. 5.35. Обнаружение дефектов (оценка чистоты обработки) поверхности (2)
Рис. 5.36. Лазерное зондирование воздушной (газовой) среды (4)
Рис. 5.37. Спектральные линии поглощения распространенных газов
Рис. 5.38. Структурная схема передачи информации по волоконно-оптической линии связи с лазерным формирователем оптических сигналов (8)
Рис. 5.39. Аналого-цифровое преобразование сигналов (8)
Рис. 5.40. Кодирование и модулирование цифровых сигналов (10)
Рис. 6.01. Кристаллическая (кубическая) решетка галогенида серебра (2)
Рис. 6.02. Характеристическая кривая фотоматериала
Рис. 6.03. Формирование растрированных изображений шрифтовых знаков (2)
Рис. 6.04. Лазерная фотонаборная машина (структурная схема)
Рис. 6.05. Лазерное сканирующее устройство фотонаборной машины «Лазеркомп Мк2и» (2)
Рис. 6.06. Лазерное сканирующее устройство фотонаборной машины «Дигисет ЛС 210»
Рис. 6.07. Оптическая схема лазерной фотонаборной машины ФЛП (2)
Рис. 6.08. Лазерное сканирующее устройство автомата Linotronic 300
Рис. 6.09. Лазерное сканирующее устройство фотонаборных автоматов 830 и 930
Рис. 6.10. Акустооптический дефлектор в сканирующем устройстве лазерного фотонаборного автомата
Рис. 6.11. Сканирующая система фотонаборного автомата Herkules (3)
Рис. 6.12. Оптическая головка в сканирующей системе автомата Herkules
Рис. 6.13. Электрическое взаимодействие частиц носителя и тонера (2)
Рис. 6.14. Подача тонера на электрофотографический цилиндр
Рис. 6.15. Принципиальная схема лазерного принтера
Рис. 6.16. Лазерный формный автомат «Гранат 530»
Рис. 6.17. Запись и обработка термопластин (стадии технологического процесса) (2)
Рис. 6.18. Оптическая схема рекордера системы Gutenberg (2)
Рис. 6.19. Рекордер Trendsetter (2)
Рис. 6.20. Схема термоголовки рекордера
Рис. 6.21. Схема записи оптической информации на видеодиск (2)
Рис. 6.22. Фрагмент видеодиска
Рис. 6.23. Многослойная структура для оптической записи информации (3)
Рис. 6.24. Структура для лазерной записи информации методом микровздутий
Рис. 6.25. Оптическая схема лазерной записи информации в запоминающее устройство
Рис. 6.26. Лазерное запоминающее устройство

© Центр дистанционного образования МГУП