lesson7激光在信息技术中的应用.ppt

回顾激光技术在信息技术中的应用、激光全息技术光纤通信激光扫描激光记忆、激光全息技术、一、全息技术的历史，1947年英国物理学家丹尼斯盖伯(DennisGabor )首先提出了“波前重建”的构想1971年，瑞典诺贝尔奖委员会颁发了同年度的诺贝尔物理学奖，以表彰盖伯对全息术的发明和发展作出的独创性贡献。 全息术迄今已经经历了三个阶段。 盖伯最初提出全息术思想十多年后，这一时期是全息术的萌芽阶段。 这一阶段的全息术主要是理论研究和少量实验。 全息术发展的第二阶段是1960年激光出现后。 1963年，美国密歇根大学的丽兹(N.Leith )和upatrix (j.upat nicks )提出的轴外全息术，是全息术睡了十几年后出生的。 但是，当时的全息照相术的缺点是，用激光照射只能显示物体的三维影像。 80年代以后至今仍是全息图发展的第三阶段。 科学家们研究用激光记录、用白光再现的全息图，如反射全息图、全息图、虹全息图、模型全息图、合成全息图等。 用白光再现的全息照相术离开了实验室，可以在白天的自然环境和一般的白光照明下看到物体的三维影像，激光全息显示技术正在迅速发展。 另外，激光全息术的原理，全息术也称为全息术，按照名字记录了被摄物体的所有信息。 正因为像普通照片那样物体的散射光强，还记录了散射光的相位，才能再现物体的立体像。 全息摄影和再现原理示意图，全息摄影和再现原理示意图，为了记录物体光波的相位，全息摄影必须基于光波的干涉原理。 激光发出的光束被分光器分成两束，其中一束直接照射在记录介质上，另一束称为参照光束，照射在被摄体上，由物体散射的光入射在记录介质上，称为物体光束。 在物体光束中，干涉参考光，形成了密集的干涉条纹，这些条纹的密度和位置反映了物体的各个部分散射光的相位变化，条纹的明暗对比度(即，对比度)对应于散射光的强度。 这样就记录了物体的全部信息，得到了一张全息图。 全息图的拍摄和再现原理示意图，全息图的再现基于光波的衍射原理。 全息膜上的记录条纹是一组不规则的衍射光栅。 将与摄影时完全相同的激光作为照明光，照射全息图时衍射，产生沿照明方向传播的0次衍射光波和2列(1次)衍射光波。 其中一列衍射光波与位于原物体位置的实际物体所发出的光波完全相同，如果该光波被人眼接收，则会看到原物体的再现虚像。 另一排衍射光波再现了原物体的共轭实像，位于观察者的同一侧。 视频：全息摄影，三，计算全息，传统全息都是用光学方法制作的。 对于实际不存在的物体，当知道物体光波的数学描述时，可以使用计算机控制绘图仪、其他记录设备(阴极射线管、电子束扫描仪等)以在透明薄膜上绘制和复制伪干扰图案。 这样的计算机合成全息图被称为计算全息图(computer-generatedholography，CGH )。 1965年，在美国IBM公司工作的德国光学专家罗曼(A.w.Lohmann )使用计算机和绘图仪制作了世界上第一个计算全息图。 另外，计算全息图的优点：能够记录物理上不存在的虚拟实物，如果知道物体的数学式，则能够计算全息图记录的该物体的光波，再现该物体的像。 非常适合三维架空物体的表示。 而且，其三维影像的再现是现有技术中唯一的三维架空影像，具有重要的科学意义。视频：全息立体摄影市、四、数字全息、数字全息的思想自1967年起由J.W.Goodman和R.W.Lawrence提出，当时由于没有高分辨率的数字感光元件和高性能的计算机，因此长期以来发展不大直到90年代，高清晰度CCD的出现和计算机技术的进步，都在推进数字全息的研究。 数字全息术的基本原理是使用CCD等感光性电子摄像元件来代替以往的光学全息图的记录材料(干膜或软膜)而实现全息图的记录，通过计算机模拟光学衍射工艺来实现记录波前的再生，从而实现全息图信息的记录、存储、处理、处理等影像：数字全息技术eBay广告，数字全息图的制作与再生，数字全息图与光学全息图的成像过程同样，包括物体的波前记录与再生，其具体步骤如下：样本：物体光波与参照光波在CCD上面干涉，干涉图案的光强度在CCD上量化：从数据收集卡收集样本数据，进行模拟/数字转换和量化，得到离散的数据信息量化数据的取得和处理：用计算机取得离散的数据信息，进行噪声抑制、噪声去除、 进行对比度增强等预处理数字全息图的形成：在计算机的存储器中保存预处理后的数据，形成数字全息图再生：用计算机模拟光学全息图的再生过程，通过计算机的数值，得到再生图像的光波场的复振幅分布、强度分布和相位分布五、激光全息图的三维显示的优点在于：1.由于全息图记录了物体的光波的所有信息，因此所再现的物体与原始物体一样，是非常逼真的立体图像。 2 .激光全息图的各部分不管多小，都能够再现原始物体的图像整体，因此即使缺少全息图，也能够再现所拍摄的全部情景。 3 .在相同的底片上，可以适当地选择参考光波的入射角来曝光记录多个物体的信息，在再生时各物体像被个别显示而不受其他物体像的干扰。 4 .存在若干白色光再生全息图。 利用普通的日光和电光可以看到全息立体图像，这一特点扩大了激光全息三维显示的应用领域。 利用全息技术研究彩色立体电视、彩色立体电影等，已经体现了激光全息三维显示技术的独特优势。 六、全息三维显示应用于商业领域，近年来全息三维显示技术在商业领域广泛应用，立体广告、商品标签及各种专用标记的制作中应用的激光全息图在商品展示中也显示出很大优势，在美国、 在日本商店的橱窗里放置了用激光全息技术拍摄的商品模型，在照明下显示美丽的三维立体图像，与激发顾客观赏和购买热情的密码技术相结合，人们可以制作出各种难易度高的激光全息图像， 生产了大量的专用全息和全息包装材料，它们不仅能起到商品、标志、刻印等装饰和美化的作用，还能起到防伪的作用，带来了巨大的社会利益和经济利益。 全息三维显示技术的应用使博览会栩栩如生、简洁，人们不必把那些沉重复杂的设备带入会场，只需制作那些3600全息图，全息再现，它们的原物像就能立体真实地展示在人们面前。 视频：采集及其激光全息图像应用于超冲击全息图像、七、计算全息图或数字全息图的三维显示设计虚拟物体，计算全息图和数字全息图可以对实际不存在的物体产生全息图，从而再现这种虚拟物体的三维图像例如，可以显示用这些方法数学性地表现的物体的三维图像、研究所设计的建筑物的造型等。 ZebraImaging根据福特提供的电子设计数据，建立了P2000豪华型汽车全息显示模型。 被当时参观的美国前总统克林顿称为“全息图中的泰坦尼克号”。 该全息图为实际汽车大小的一半，全彩色、透明，参观者可以3600人观察，观察其中的结构，检查氢燃料电池，清晰可见如普通蓝图所见的重要尺寸。 视频：三维全息投影在汽车发布会上的应用北京盛典数字全息显示，八、全息三维显示器应用于多媒体领域，这方面的典型应用是全息电影。 正如全息照片与普通立体照片不同，全息照片和偏振镜观看的立体照片也大不相同，其特征是三维立体性。 1976年10月，前苏联首次上映全息影片。 画面上有女孩子拿着花束，2分钟就能让4个观众看到，屏幕尺寸是60cm80cm。 1983年10月，欧洲某研究机构首次用脉冲激光制作全息电影，显示了一位女性持续向观众投掷彩色肥皂。 近年来，数字全息显示技术成功投影电影，实现了人们对全息电影的梦想，全息电视的研究也在进行。 视频：未来技术：全息电视、光纤通信、光纤通信技术与光通信有所区别，在现代电信网中发挥着重要作用。 光纤通信是一项新技术，近年来发展速度快，应用面广是通信史上罕见的。 也是世界新技术革命的重要象征和未来信息社会中各种信息传递的主要工具。 光纤是光纤的简称。 光纤通信是将光波作为信息载体、将光纤作为传输介质的通信方式。 原理上，构成光纤通信的基本物理元件是光纤、光源、光电检测器。 光纤通信的原理是，首先将在发送侧发送的信息(例如声音)变更为电信号，之后调制为来自激光器的激光，使光的强度对应于电信号的振幅(频率)而变化，在通过光纤进行发送这样的接收侧，检测器接收光信号并变换为电信号，进行解调将原来的信息变换为电信号光纤通信是现代通信网的主要传输手段。 采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家宣布不建设有线通信线路，致力于光纤通信的发展。 视频：光纤通信技术介绍了光纤通信和防卫光纤之父高强度，光纤通信之所以迅速发展，主要是因为具有以下特点： (1)通信容量大，传输距离远。 一根光纤的潜在带宽可达20THz。 采用这种带宽，一秒钟左右，就可以传递人类古今中外的所有文字资料。 目前，400千兆位/秒系统已经商业化使用。 光纤的损耗极低，在光的波长接近1.55m时，石英光纤的损耗能够低于0.2dB/km，这低于当前任何传输介质的损耗。 因此，无中继的传输距离长达几十、几百公里。 (2)信号串扰小，保密性能好，抗电磁干扰，传输质量好。 电信不能解决各种电磁干扰问题，只有光纤通信经受各种电磁干扰。 (4)光纤尺寸小，重量轻，易于铺设和运输(5)材料来源丰富，环保好，有利于节约有色金属铜。 (6)无辐射，不易窃听。 这是因为光纤传输的光波不能出到光纤之外。 (7)光缆适应性强，寿命长。 (8)质量脆，机械强度差。 (9)切断和连接光纤需要一定的工具、设备和技术。 分歧，结合不灵活。(10 )光纤线缆的弯曲半径不能使用光纤线缆来传输信息的通信方式变得过小。 激光器显着具有高定向、高相干性、高单色性等优点，在光纤通信中光波主要是激光器，因此也称为激光器光纤通信、光纤激光器(1)基本原理，光纤激光器与其它激光器一样用于反馈产生光子的增益介质、光子另外，由于光纤激光器的原理图、(2)特征、光纤激光器的激光介质本身是波导介质，因此其耦合效率高的光纤芯细，在光纤内容易形成高输出密度，能够与光纤传输系统有效地连接。 光纤具有高的“表面积/体积”比，散热效果好，因此光纤激光器具有高的转换效率，具有低的激光阈值，可连续工作而不增强冷却。 光纤具有良好的灵活性，激光器设计相当小巧灵活，有利于光纤通信系统的应用。 另外，激光印刷、激光打印机的基本原理是将数据转换成数字信号，调制激光束而在感光鼓上扫描，感光鼓将吸附的调色剂转印到纸张上，通过控制激光束的开启/关闭而使感光鼓不吸附或吸附调色剂激光打印机的基本结构框图，激光用于产生激光。 激光扫描系统主要将接口电路发送来的二进制点信息调制成激光束，然后扫描到感光鼓上。 感光鼓和电子照相转印机构将在感光鼓上扫描的文字图像转印到印刷用纸上。 另一方面，激光打印机的工作原理、激光扫描系统的工作过程计算机发送来的二值字符光栅信息从接口电路被送往字体发生器，产生所需的二值脉冲信号，用频率合成器和功率放大器进行合成、放大后送往光调制器，对激光束进行调制。 通过将调制光再扫描到感光鼓上，完成整个激光扫描过程。 通过控制激光束的有无、激光束的强弱，可以控制打印的对比度，即所谓的“调制”。 根据感光鼓的旋转，形成二维的电子潜像。 二、激光打印机的动作过程；(二)电子图像形成动作过程；电子图像形成是将感光鼓上的二维电子潜像以碳粉投影方式显影，然后转印到印刷用纸上，加热加压定影，使粉末状的调色剂粒子溶解于纸纤维中而浸透，形成永久的印刷输出。 整个过程可以简单总结为带电-扫描曝光-调色剂显影-向纸张转印-加热加压定影输出-除电-残留调色剂清扫-光照射-再带电的循环过程。 首先，当机械部件开始动作时，感光鼓上的主电晕中的1根屏蔽钨线带上数千伏的高压，在主电晕中产生电晕放电，周围的空气被电离。 空气中的负电荷移动到感光鼓表面，均匀分布在鼓上，感光鼓表面充满电荷。 然后，将调制后的激光束(基于激光扫描系统的激光束)扫描至感光鼓，对充满电荷的感光鼓曝光用激光束照射的部分，从而使感光鼓具有不可见的静电潜像的静电电荷阵列。 用调色剂显影，使调色剂附着在静电潜像上。 感光鼓将调色剂像转印到印刷用纸上，进行加热加压定影，使其熔融浸透到纸纤维中。 由此，应印刷的文字或图像被转印到印刷用纸上，成为永久的印刷输出端。 在打印下一个文字信息之前，请清除感光鼓上的残留电荷和调色剂。 视频：激光打印机的工作原理，(3)机械系统的工作过程机械系统主要负责激光打印机的印刷纸张输送，图像生成也需要机械系统的协助。激光打印机的发展趋势是，首先，台式低速打印机向小型化、高速化、高分辨率化的方向发展，即，印刷速度从20页/分钟提高到5060页/分钟，分辨率从300dpi提高到1000dpi以上，能够达到标准报纸的印刷所要求的分辨率，其次， 激光打印机与其他设备相结合，Cannon和Ricon