Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Информатика / Статьи / Применение лазера в информационных технологиях

Применение лазера в информационных технологиях

Самые низкие цены на курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации!

Предлагаем учителям воспользоваться 50% скидкой при обучении по программам профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок".

Начало обучения ближайших групп: 18 января и 25 января. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (20% в начале обучения и 80% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru/kursy


СВИДЕТЕЛЬСТВО СРАЗУ ПОСЛЕ ПРОСМОТРА ВЕБИНАРА

Вебинар «Подростковая лень: причины, способы борьбы»

Просмотр и заказ свидетельств доступен только до 22 января! На свидетельстве будет указано 2 академических часа и данные о наличии образовательной лицензии у организатора, что поможет Вам качественно пополнить собственное портфолио для аттестации.

Получить свидетельство за вебинар - https://infourok.ru/webinar/65.html

  • Информатика

Поделитесь материалом с коллегами:

Применение лазера в информационных технологиях

ГАПОУ СО «ТИПК»

Студент группы А-152 Юдин Ю.А

Руководитель: Юдина Ю.Ю

Для ученых важны все изобретения, но особое место занимает изобретенный 50 лет назад лазер. Появление квантовых генераторов является одним из наиболее замечательных достижений новой области науки – квантовой электроники. Лазер дал возможность реализации самых невероятных проектов и применяется в разнообразных областях науки и техники, в том числе и компьютерной.

Слово "лазер" составлено из начальных букв в английском словосочетании Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе на русский язык означает: усиление света посредством вынужденного испускания. Лазер – это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля – лазерный луч.

Принцип работы лазера

hello_html_m4920fce8.jpg

Рисунок 1. Принцип работы лазера

Принципиальная схема лазера крайне проста: активный элемент, помещенный между двумя взаимно параллельными зеркалами. Зеркала образуют так называемый оптический резонатор; одно из зеркал делают слегка прозрачным, сквозь это зеркало из резонатора выходит лазерный луч. Чтобы началась генерацию лазерного излучения, необходимо "накачать" активный элемент энергией от некоторого источника (его называют устройством накачки).

Технологии лазеров:

  • Газовые лазеры

  • Лазеры на красителях

  • Лазеры на парах металлов

  • Твердотельные лазеры

  • Полупроводниковые лазеры

  • Другие типы лазеров

Уникальные свойства лазерного луча, многообразие конструкций современных лазеров и устройств на их основе обуславливают широкое применение лазерных технологий в различных областях человеческой деятельности: промышленности, науке, медицине и быту. Появление лазеров и внедрение их во многие отрасли промышленности и науки произвело в этих отраслях в буквальном смысле революцию. Благодаря этому стало возможным развитие новых более эффективных технологий, повышение производительности труда, точности измерений и качества обработки материалов.

В информационных технологиях используют полупроводниковые лазеры непрерывного действия. В них энергия для излучения заимствуется от электрического тока.

Полупроводниковые лазеры

Рабочее тело

Длина волны

Источник накачки

Применение

Полупроводниковый лазерный диод

Длина волны зависит от материала и структуры активной области:

ближний УФ, фиолетовый, синий — полупроводниковые нитриды Ga, Al;

красный, ближний ИК-диапазон —- соединения на основе Al, Ga, As;

ближний и средний ИК-диапазон —- соединения, содержащие In, P, Sb;

средний ИК— дальний ИК-диапазон —- соли свинца;

средний ИК— терагерцовый диапазон —- полупроводниковые квантово-каскадные лазеры

Электрический ток, оптическая накачка

Телекоммуникации, голография, лазерные целеуказатели, лазерные принтеры, накачка лазеров других типов. AlGaAs-лазеры (алюминий-арсенид-галлиевые), работающие в диапазоне 780 нм используются в проигрывателях компакт-дисков и являются самыми распространёнными в мире.



Лазерные мыши – инфракрасное излучение

Лазерная печать

Первой практической областью компьютерной индустрии, где был задействован лазер, стала черно-белая печать. Уже в 1971 году, спустя всего 11 лет после представления первого рубинового лазера, компания Xerox продемонстрировала свой прообраз лазерного принтера. Можно только поражаться, как быстро лазер прошел путь от научной разработки до серийной модели. Принцип действия лазерного принтера основан на методе сухого электрического переноса изображения.

Барабан является основным элементом в конструкции лазерного принтера. С его помощью производится перенос изображения на бумагу. Барабан представляет собой цилиндр, покрытый тонкой пленкой светопроводящего полупроводника (оксид цинка или селен). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд, что обеспечивается с помощью заряженной тонкой проволоки, сетки или ролика.

Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Развертка изображения происходит при помощи движения луча по строке. С помощью вращающегося зеркала луч скользит вдоль барабана и изменяет его электрический заряд в точках падения. Размер заряженной точки зависит от фокусировки луча лазера с помощью объектива. Для некоторых типов принтеров в процессе подзарядки потенциал поверхности барабана изменяется с 900 до 200 В. Таким образом, на барабане, возникает скрытая копия изображения в виде электрического рельефа.

На следующем этапе на фотонаборный барабан наносится тонер, состоящий из мельчайших частиц. Под действием статического заряда эти частицы притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение в виде рельефа красителя.

Для фиксации тонера страница вновь заряжается и пропускается между роликами с температурой около 1800С. После окончания печати барабан полностью разрежается, очищается от прилипших лишних частиц, готовясь для печати следующей страницы.

hello_html_17f82a62.jpg

Лазерная цифровая запись

Компакт диски (CD) относятся к внешней памяти и предназначены для длительного хранения информации. Существует насколько стандартов CD. Первый стандарт, известный как «Красная Книга», второй стандарт носит название «Желтая Книга». Вначале компакт-диски использовались в высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре, заменяя устаревшие виниловые пластинки. На персональных компьютерах компакт-диски способны хранить текстовые, графические и звуковые данные.

Считывание информации с компакт-диска и запись на него происходит с помощью лазерного луча, только разной мощности.

Для считывания информации с компакт-диска используют две технологии : традиционная технология и технология TrueX.

В традиционной технологии лазер излучает когерентный свет, состоящий из синхронизированных волн одинаковой длины. Луч, попадая на отражающую свет поверхность через расщепляющую призму, отклоняется на фотодетектор, который интерпретирует это как «1», а попадая во впадину, рассеивается и поглощается – фотодетектор фиксирует «0».

Технология TrueX (Kenwood Technologies) позволяет увеличить скорость передачи данных с диска за счет распараллеливания считывания. Излучение обычного лазерного диода пропускается через дифракционную решетку, которая расщепляет его на семь отдельных лучей, расположенных так, что бы сканировать 7 дорожек CD, центральная из которых является текущей, а остальные, прочитанные в буфер, обеспечивают возможность повышения скорости обмена, и улучшения надежности

Для записи данных на компакт-диски используют технологию CD-R и CD-RW.

В первых версиях технологии CD-R использовался окрашивающий слой из цианинов или их нейтральных к контакту с металлами производных. В дальнейшем стали, применять фталоцианины, которые менее подвержены деградации от воздействия видимого света или ультрафиолета.

На записываемом диске имеется спиральное углубление, отштампованное при его изготовлении, на которое в дальнейшем заносятся данные. Лазером «выжигаются» метки в органическом красителе. Будучи нагретой до критической температуры, «выжженная» область становиться непрозрачной (или поглощающей) и при считывании отражает меньшее количество света, чем смежные участки, которые не были нагреты лазером.

В технологии CD-RW верхний слой диска покрыт прозрачным составом, состоящий из соединений серебра, индия, сурьмы и теллура. Во время записи сфокусированный лазерный луч нагревает поверхность до температуры 500-7000С, что выше температуры плавления, и после быстрого охлаждения вещество переходит в так называемое аморфное состояние, формируя область непрозрачности.

При стирании слой нагревается до температуры, которая ниже, чем точка плавления, но выше, чем температура кристаллизации 2000С и атомы возвращаются назад к упорядоченному (прозрачному) состоянию.

Пишущий лазер устройства CD-RW использует три уровня мощности:

- высокую (создает непрозрачные участки в слое записи);

- среднюю (которая расплавляет участок записывающего слоя и преобразует его к отражающему)

- низкую (которая не изменяет состояние чувствительного слоя и используется для считывании данных)

Традиционно CD относят к оптическим носителям первого поколения, a DVD и аналогичные технологии принадлежат уже ко второму. Сегодня активно развивается третье поколение, в котором войну форматов выиграл стандарт Blu-ray. Общая тенденция заключается в сокращении длины волны лазера, ведь с этим показателем напрямую связана максимально возможная плотность записи (а значит, и максимальный объем данных, который может поместиться на диске того же размера). Если приводы CD и DVD работают благодаря достаточно дешевым, но длинноволновым лазерам красного диапазона, то Blu-ray функционирует за счет лазерного излучения из синей области спектра (отсюда и название, дословно переводящееся как «синий луч»)

Лазерная мышь

Еще одно лазерное устройство — компьютерная мышь. Современные оптические мыши, независимые от поверхности используют оптоэлектронные сенсоры СДП - освещение. Датчик оптической мыши способен к фиксации 1500 изображений в секунду, каждое из которых содержит 18х18 пикселей, причем каждый пиксель воспринимает 64 уровня освещения. Выполняя порядка 18 мил команд в секунду, цифровой обработчик сигналов идентифицирует и сравнивает текстуру или другие особенности в зафиксированных изображениях, чтобы определить движение мыши, и переводит, эти даны в координаты курсора X и Y. В качестве источника СДП используется небольшой инфракрасный лазер. Когерентное лазерное освещение обеспечивает высокую контрастность изображения.

Главное преимущество лазерной мыши — ее способность работать на зеркальной и стеклянной поверхностях, недоступная обычному оптическому устройству.

Лазерные сканеры штрих-кода

Технология изобретена в начале 70-х годов, с тех пор практически не изменилась. Для подсветки штрих кода используется лазерный диод, луч развертывается механическим элементом - качающимся зеркалом. Главное достоинство лазерной технологии - расстояние считывания штрих - кода. Оно, в зависимости от модели, может достигать нескольких метров. Лазерный сканер работает, по сути, по узкой линии, которая "вырезается" для анализа тонким лазерным лучом. В связи с этим возникают проблемы при считывании плохопропечатанных кодов - испорченный участок кода может попасться как раз на пути лазерного луча. Наличие подвижных механических элементов в конструкции лазерного сканера ведет к их возможным поломкам при падениях, что не является гарантийным случаем и может повлечь за собой дорогостоящий ремонт.

Широкое применение нашли лазеры в микроэлектронике, с помощью лазеров производят сварку различных соединений для микросхем, напыляют полупроводниковые слои.

Список используемой литературы:

  1. Дмитрриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образоват.учреждений нач.и сред.проф. образования/ В.Ф.Дмирева – 6 издю, - М.: издательсчкий центр «Академия», 2013 – 448 с.

  2. Партыка Т.Л., Попов И.И. Периферийные устройства вычислительной техники: учеб.пособие – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2007. – 432 с


Идёт приём заявок на самые массовые международные олимпиады проекта "Инфоурок"

Для учителей мы подготовили самые привлекательные условия в русскоязычном интернете:

1. Бесплатные наградные документы с указанием данных образовательной Лицензии и Свидeтельства СМИ;
2. Призовой фонд 1.500.000 рублей для самых активных учителей;
3. До 100 рублей за одного ученика остаётся у учителя (при орг.взносе 150 рублей);
4. Бесплатные путёвки в Турцию (на двоих, всё включено) - розыгрыш среди активных учителей;
5. Бесплатная подписка на месяц на видеоуроки от "Инфоурок" - активным учителям;
6. Благодарность учителю будет выслана на адрес руководителя школы.

Подайте заявку на олимпиаду сейчас - https://infourok.ru/konkurs

Автор
Дата добавления 03.11.2016
Раздел Информатика
Подраздел Статьи
Просмотров28
Номер материала ДБ-315627
Получить свидетельство о публикации

УЖЕ ЧЕРЕЗ 10 МИНУТ ВЫ МОЖЕТЕ ПОЛУЧИТЬ ДИПЛОМ

от проекта "Инфоурок" с указанием данных образовательной лицензии, что важно при прохождении аттестации.

Если Вы учитель или воспитатель, то можете прямо сейчас получить документ, подтверждающий Ваши профессиональные компетенции. Выдаваемые дипломы и сертификаты помогут Вам наполнить собственное портфолио и успешно пройти аттестацию.

Список всех тестов можно посмотреть тут - https://infourok.ru/tests


Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх