←предыдущая следующая→
1 2 3 4
ВВЕДЕНИЕ
Наряду с научными и техническими применениями лазеры используются в информа-ционных технологиях для решения специальных задач, причем эти применения широко распространены или находятся в стадии исследований. Наиболее распространенными при-мерами таких применений являются оптическая цифровая память, оптическая передача ин-формации, лазерные печатающие устройства, кроме того они применяются в вычислитель-ной технике в качестве различных устройств.
ЛАЗЕРЫ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ
Принципиально достигнутые малые времена переключения делают возможным при-менение лазеров и комбинаций с лазерами, включая интеграцию в микроэлектронных пере-ключательных схемах ( оптоэлектроника ):
в качестве логических элементов (да-нет, или);
для ввода и считывания из запоминающих устройств в вычислительных машинах.
В этих целях рассматриваются исключительно инжекционные лазеры.
Преимущества таких элементов: малые времена переключения и считывания, очень маленькие размеры элементов, интеграция оптических и электрических систем.
Достижимыми оказываются времена переключения примерно 10-10 с (соответственно этому быстрые времена вычисления); емкости запоминающего устройства 107 бит/см2, и скорости считывания 109 бит/с.
ЛАЗЕРНЫЙ ПРИНТЕР
Для печати в вычислительной технике и в других случаях часто применяется лазерное излучение. Преимущество их в более высокой скорости печати по сравнению с обычными способами печатания.
Принцип действия их такой: поступающий от считываемого оригинала свет преобра-зуется в ФЭУ в электрические сигналы, которые соответствующим образом обрабатывают-ся в электронном устройстве вместе с управляющими сигналами (для определения высоты шрифта, состава краски и т.д.) и служат для модуляции лазерного излучения. С помощью записывающей головки экспонируется расположенная на валике пленка. При этом лазерное излучение разделяется на ряд равных по интенсивности частичных лучей (шесть или боль-ше), которые посредством модуляции при данных условиях подключаются или отключают-ся.
Применяемые лазеры: ионный аргоновый лазер (мощность не более 10 мВт), инжек-ционный лазер.
ОПТИЧЕСКАЯ ЦИФРОВАЯ ПАМЯТЬ
Для становящейся все более тесной связи между обработкой данных, текста и изо-бражения необходимо применять новые методы записи информации, к которым предъяв-ляются следующие требования:
более высокая емкость запоминающего устройства;
более высокая эффективность хранения архивных материалов,
лучшее соотношение между ценой и производительностью.
Это может быть достигнуто с помощью записи и считывания цифровой информа-ции.
Принцип действия. Информация (речь, музыка, изображения, данные), содержащиеся в виде электрических сигналов, преобразуется в цифровые величины и выражается тем са-мым в виде последовательности импульсов, которая записывается в различной форме (в виде углублений или отверстий различной длины и расстояний между ними или магнитным способом) на диске запоминающего устройства.
При считывании считывающий свет, отраженный (рассеянный в обратном направле-нии) от этих углублений (отверстий), модулируется и с помощью фотоприемника преобра-зуется в соответствующий электрический сигнал.
Лазерно-оптическое считывание информации. С помощью этого способа в прибо-ре, аналогичном проигрывателю, воспроизводится неконтактным способом записанная на диске информация (диаметр дисков до 30 см), причем применяются лазерные диски только для считывания, например видеодиски, компакт-диски.
Принцип действия. Кодирование информации происходит путем создания информа-ционных микроуглублений, имеющих различную длину и различные расстояния между ними. Информация на диске сохраняется, таким образом, в цифровой форме, записанной по спирали, которая состоит из информационных ямок (рис. 1).
Рис. 1. Схематическое изображение микроуглублений на лазерном диске; ширина углублений 0,4 мкм, расстояние между дорожками 1,6 мкм.
Лазерный видеодиск характеризуется следующими параметрами:
расстояние между двумя профилирующими дорожками 1,6 мкм;
ширина углубления 0,4 мкм;
максимальная длина углубления 3,3 мкм;
минимальная длина углубления 0,9 мкм;
максимальное расстояние между углублениями 3,3 мкм;
минимальное расстояние между углублениями 0,9 мкм.
Рис. 2. Сечение видеодиска и грампластинки с лазерной записью:
1 - фокальное пятно ( 1 мкм); 2 - структура микроуглублений; 3 - зеркальное покрытие; 4 - царапина; 5 - частица пыли; 6 - прозрачный защитный слой; 7 - луч от лазера
При изготовлении видеодисков нанесенный прежде на подложку из стекла фотолак экспонируется с помощью специальной оптической системы излучением коротковолнового лазера (криптоновый лазер, =0,35 мкм). После этого следует многоступенчатый процесс проявления, в результате которого образуется образцовый диск, который используется затем для изготовления других дисков путем оттиска. На полученные после отделения от образцового диска оттиски наносится зеркальное покрытие и слой лака, так что полученные при записи микроуглубления не могут быть закрыты частицами пыли. Пыль и царапины на защитном слое не мешают, поскольку они находятся вне плоскости фокусировки считывающей оптики (рис.2 ).
При считывании микроскопических маленьких структур используются эффекты дифракции и интерференции света. Оптическая считывающая система для видеодисков состоит из:
He-Ne-лазера (мощность мВт), который излучает линейно поляризованный свет;
делителя пучка, который разделяет свет на три пучка с соотношениями интенсивностей 1:3:1 (дифракционная решетка. Работающая на просвет с минус первым, нулевым и плюс первым порядками дифракции);
призмы Волластона (оптическая длина пути зависит от направления поляризации);
пластинки /4;
считывающего объектива, перемещаемого по принципу катушки с подвижным сердеч-ником в направлении оптической оси (ограниченный дифракцией микрообъектив очень малой массы);
системы фотоприемников (квадратных приемников), а также цилиндрической линзы.
Рассеянный в обратном направлении от диска свет лазерного пучка отображается на квадратном приемнике, лучи, использованные для слежения за дорожкой, попадают на приемники (рис. 3)
Таким образом, становится возможным формирование управляющих сигналов для корректной фокусировки считывающих лучей на информационной дорожке и обеспечение слежения за дорожкой.
Рис. 3. Оптическая схема считывающей головки для считывания информации, записанной на видеодиске:
1 - He-Ne-лазер; 2 - решетка; 3 - согласующая оптика; 4 - призма Волластона; 5 - пластинка /4; 6 - счи-тывающий объектив; 7 - видеодиск; 8 - цилиндрическая линза; 9 - плоскость приемника.
Оптическая считывающая головка для цифрового лазерного проигрывателя. Об-ратно рассеянный от лазерной пластинки свет попадает на фотодиоды F1-F4 . Возникающие при этом фототоки комбинируются друг с другом таким образом, что становится возможным получение как управляющих сигналов для радиальной коррекции, так и управляющего сигнала для установки на резкость считывающей оптики (рис. 4).
Радиальный управляющий сигнал формируется комбинацией токов фотодиодов (F1+F2) - (F3+F4). Если считывающий объектив сфокусирован на информационную плос-кость диска, то после призм 4 появляются два резких изображения между фотодиодами F1, F2, а также F3, F4. Если фокальная плоскость считывающего объектива находится за или пе-ред информационной плоскостью, то изображения становятся нерезкими и движутся друг к другу или друг от друга. Тогда с помощью комбинации токов фотодиодов (F1+F2) - (F3+F4) может быть получен управляющий сигнал для установки на резкость считывающей голов-ки.
Однократная запись информации. Этот принцип позволяет осуществить однократ-ную запись и многократные считывания информации. Для этого на нижней стороне очень плоской стеклянной пластины наносится слой теллура. Две круглые стеклянные пластины юстируются относительно друг друга таким образом, что слои теллура защищены снаружи стеклянными пластинами.
На слоях теллура, находящихся на внутренних сторонах пластин, записывается ин-формация. Пластины снабжены спиральной дорожкой (спиральной канавкой глубиной примерно /4), которая служит для юстировки считывающего или записывающего луча. При записи одного бита информации в слое теллура импульсно повышается мощность по-лупроводникового лазера за время 50 нс до 12 мВт, при этом в слое возникает отверстие диаметром примерно 1 мкм. Запись и считывание осуществляются с помощью одинакового устройства, причем при считывании мощность полупроводникового лазера уменьшается до 1 мВт (рис. 5).
С помощью таких методов записи и считывания достигаются емкости запоминающего устройства (диаметр диска 30 см) 1010 бит информации (передняя и задняя сторона); сво-бодно выбираемые времена доступа составляют 150 мс.
Рис. 4. Схема оптической считывающей головки для лазерных пластинок:
1 - считывающее пятно; 2 - считывающий объектив; 3 - оптическая система для преобразования излучаемого полупроводниковым лазером волнового поля в плоское волновое поле; 4 - призма; 5 - полупрозрачное зеркало; 6 - полупроводниковый лазер;
←предыдущая следующая→
1 2 3 4