激光演示技術的原理和特點

    激光演示也就是人們常說的Lasershow。 最初的激光演示僅只能表演激光光束效果, 光干涉效應(Lumia)和簡單的激光“莉莎”(Lissajous)圖形。隨著激光技術, 高速掃描元件, 色彩合成和控制技術, 特別是激光演示軟件的快速發(fā)展, 今天的激光演示已不再是Lasershow所涵蓋的內容, 它不僅能表演特殊的激光光束效果, 還演示復雜的激光動畫和三維圖文。目前主要應用于游樂業(yè), 娛樂業(yè)和廣領域。

  
    激光演示有如下幾個特點:  

    (1)它是一種投射式成像方式, 能夠實現超大屏幕的顯示;  
    (2)色彩鮮艷純正, 具有高的對比度(100:1);  
    (3)能夠產生特殊的空間光束效果和光束干涉效應;  
    (4)激光效應和圖形信號完全數字化, 由電腦直接編程;  
    (5)它是一種“光筆”書寫的矢量化的圖形模式。  

    激光演示系統(tǒng)主要由激光器、顏色混合和調制元件,激光掃描投影器和電腦控制器以及多媒體部件組成。在電腦的控制下，激光光束經過色彩合成調制器、激光掃描儀投射在空間或屏幕上，向人們演示各種特殊的空間光束效果、精彩的靜、動、三維立體圖文畫面。表演的節(jié)目和圖文畫面完全按照用戶的要求，由電腦軟件事先或即時設計。  

1.激光器  

    激光器是激光演示系統(tǒng)的關鍵部件。所使用的激光器取決于應用場所的大小、環(huán)境亮度、演示的顏色效果。它可以分為低功率(<1W)和高功率（1～30W）；單色（紅色或藍、綠）和彩色(紅,綠,藍色)。目前的低功率激光器有紅光氦-氖激光器(功率<50mW), 空氣冷卻的氬離子(藍,綠光)或氬-氪氣體彩色激光器(功率: <1W), 對于高功率系統(tǒng), 通常使用水冷的氬離子(藍,綠)激光(功率: 3.5 -30W)和氬-氪氣體彩色激光器(功率: 3.5- 20W)。近年來也有人將高重復頻率工作的銅蒸汽(黃,綠光)用于激光光束表演。  

    隨著激光技術的發(fā)展, 二極管泵浦的固體激光器是激光演示領域的新寵兒。它通過非線性光學技術(倍頻、和頻等)產生紅, 綠, 藍色激光。與氣體激光器比較, 全固體激光器的特點是: 結構緊湊, 功耗低, 效率高, 不需要水冷, 采用220伏供電。目前連續(xù)波綠光全固體激光器已商品化, 如固體微片激光器(功率: <100mW)和高功率全固體倍頻激光器(功率: <10W)。但是, 要實現高功率連續(xù)波的藍色和紅色全固體激光器件的產品化還需要一段時間。另外, 低功率而廉價的紅光二極管激光器已開始用于簡單的激光藝術演示領域。  

2.激光掃描  

    激光掃描器由X-Y光學掃描頭, 電子驅動放大器和光學反射鏡片組成。電腦控制器提供的信號通過驅動放大電路驅動光學掃描頭, 從而在X-Y平面控制激光束的偏轉。這類似于陰極射線管中對電子束的偏轉, 所不同的是: 光子不是帶電粒子, 它不能象電子束那樣通過磁場或電場控制。因此, 通常用于激光藝術演示的光學掃描頭是一種檢流計式的掃描頭。檢流計式掃描頭分為開環(huán)和閉環(huán)兩種。前者常用于簡單的激光光束演示, 而后者廣泛用于激光圖形演示。該種掃描頭的特點是偏轉角度大, 最大可達80度, 但是與其他類型的光學偏轉系統(tǒng)(如多棱轉鏡, 聲光偏轉器)比較, 由于折返和加速時間限制了它的掃描頻率。在激光演示系統(tǒng)中, 光學掃描的波形是一種矢量掃描, 系統(tǒng)的掃描速度, 決定激光圖形的穩(wěn)定性。最近幾年來, 人們已經開發(fā)出高速的掃描器, 掃描速度達到50000個點/秒, 因此能夠演示復雜的激光動畫。激光掃描儀有不同的種類，光學平臺式：將投影儀, 激光器和其它的光電元部件集成在一光學平臺上; 分離式：用光纖光纜傳輸，安裝靈活機動；開環(huán)式：用于空間光束效果；閉環(huán)式：演示復雜的空間光束效果和圖文動畫。  

3. 激光色彩控制器  

    激光色彩控制器用于控制彩色激光的顏色。在激光演示系統(tǒng)中, 簡單的色彩控制采用所謂的“色合”, 它實際上是一種濾色片。 三種濾色片分別對紅,綠,藍三種顏色過濾, 通過組合這三個濾色片, 可產生7種不同的顏色。這種色彩控制器只能對每一幅圖形顯示單一種色彩。另外一種控制方式是使用三個聲光調制器, 分別對三種不同顏色的光束進行調制, 這就是所謂的RGB方法。最新的激光色彩控制器是多色聲光調制器(PCAOM), 能夠同時控制8種不同的激光波長, 顯示上百萬種顏色。它象RGB控制器一樣, 能在一幅圖形內顯示不同的顏色。它的優(yōu)越性在于僅需要一個調制器, 安裝簡單, 有較高的光通量。  

4.激光電腦控制器  

    激光電腦控制器是激光演示系統(tǒng)的中心單元, 用于控制激光掃描器, 色彩合成器，激光器以及其它的周邊設備。除開控制作用外, 另一個重要的功能是設計和編排激光演示節(jié)目。最簡單的控制器是采用EPROM芯片儲存激光演示內容, 多用于激光光束表演。最新的電腦控制器是采用工控機式的多功能系統(tǒng), 它具有四個獨立的X-Y圖形輸出通道, 可同時控制4個獨立的光學掃描投影器, 分別演示內容完全不同的激光節(jié)目, 通過分光器或光纜可控制任意多個掃描投影器。該種控制器具有強大的編程功能, 能編排二維和三維激光動畫。  

    最新型的激光演示系統(tǒng)不僅能控制激光掃描器, 色彩合成調制器, 還具有如下的功能:  

    (1) 通過RS232接口控制激光器的功率, 在激光工作參數(電流, 電壓, 水流, 水溫等)不正常時, 自動關閉激光系統(tǒng)。  

    (2) 四種工作模式: “自動光盤演示”：將電腦編程的激光表演節(jié)目(光束效果和激光動畫)軟件寫入光盤, 系統(tǒng)會自動演示儲存在數字光盤上的激光表演節(jié)目?！皠討B(tài)書寫”: 通過電腦鍵盤即時輸入文字, 將它儲存在音樂琴健上, 這種方式輸入的文本與激光演示節(jié)目結合在一起隨時進行表演?！敖换タ刂啤? 通過MIDI接口將激光效果和圖形儲存在音樂琴鍵上, 操作者隨心所欲地彈奏就可控制激光表演?！耙魳仿暱乇硌荨? 激光表演與播放的音樂同步, 即由音樂的重音控制激光表演。  

    (3) 激光演示多媒體系統(tǒng): 新型的激光電腦裝有多個標準接口: SMPTE, DMX, SCSI, MIDI等。它不僅可以控制激光演示系統(tǒng), 還能控制其周邊設備, 如燈光/音響, 水幕/噴泉, 幻燈投影, 視頻播放和電影機, 聲樂裝置, 煙機/風機, 屏幕/帷幕等。利用激光電腦的時鐘系統(tǒng), 可定時開關, 并組合其控制功能, 編排激光多媒體系統(tǒng)的演示運行時序。  

    (4) 系統(tǒng)網絡控制: 安裝MODEM, 通過通訊網絡, 激光演示中心的激光電腦工作站可以對外地的激光演示系統(tǒng)的工作狀態(tài)遠程監(jiān)控, 故障診斷, 激光演示軟件傳遞。最近幾年激光演示軟件技術獲得了長足的發(fā)展。盡管電腦圖形軟件日新月異, 但是遺憾的是這些軟件（如CAD）不能用于激光演示。其原因是: 光束不能象顯像管中的電子束那樣快速掃描和控制。 另外, 激光在屏幕上的掃描成像點不能象在顯像管的熒光屏上那樣產生余輝, 而會即時消失，這就要求采用新的電腦算法設計激光演示軟件。目前, 激光圖形的輸入主要采用如下幾種方式：(1) 圖形數字板；(2) 電腦直接編程；(3) 用一般的圖形掃描儀將圖形輸入電腦, 由Corel Draw進行加工處理, 并將其轉換成激光矢量化圖形格式。