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激光印刷以及激光全息印刷及其工艺

说到印刷术，自然就会联想到我国的毕升。早在距今950多年前的宋朝，毕升就发明了活字版印刷术，与火药、指南针、造纸术并列成为中国古代四大发明。

毕升先在胶泥片上刻字，一个字就像一方印章，然后用火烧硬，便成了一个个活动的泥字。你们玩过拼七巧游戏吧？对照蓝图，可以用七巧板拼出各种平面图案。当时毕升也有这道工序，叫做排版。就是根据书稿检出一个个相应的活字，将它们字面朝上排在铁板上。铁板是带框的，以便固定活字。然后对铁板略微加热，使敷在活字表面的蜡层熔化，同时再用平板压平一个个活字的字面。这样，当蜡层冷凝后，便将一个个活字的底部粘在了铁板上，形成了一颗硕大的“印章”。这颗大印章的字样便是由许多活字字面组成的。只要在字面上蘸上墨，就可以在纸上印出书来。

今天的印刷基本上沿袭了毕升的老办法。当然，在工艺上有了较大的改进。首先是用铅字代替了泥字。另外，又多了几道工序。就是用铅字组成大印章后，通常并不直接去印书，而是用大印章先在硬纸上刻出字样，形成纸型。然后将熔化的铅水浇在纸型上，待冷却后便成了上面带有字样的铅版，再将铅版粘在印刷机上，蘸上印墨印书。

显然，从刻活字、排字、做纸型、浇铅板，到最后上机器印刷，工序十分繁琐。因此，这种费时又费力的印刷业是亟待改进的。于是照相排版应运而生。

照相排版实际上是引入了光学摄影原理。用活字排版，必须根据书稿，依样画葫芦地检出各种大小、字体不同的铅字和符号进行排版。而照相排版要简便得多，它是通过排字机上的透镜，来改变字样的大小和形状的。至于用透镜为什么就能改变字样的大小和形状，这实际上就等于我们照“哈哈镜”。上海著名的游乐场—－“大世界”——的一组镜面凹凸不平的镜子，可以改良发泡轮的止滑性、弹性、表面消旋旋光性及耐低温性就是哈哈镜，人一站到镜子前面就会出现各种被扭曲的滑稽相，于是忍俊不住，哈哈大笑。

用照相排版时，只需将光源通过透镜把需要的文字和符号，在感光相纸上成象，再经过显影和定影就形成了照相底片。然后，只要像印照片那样印刷就行。

照相排版可使用两种光源，刚才讲的实际上是用普通光源。

由于激光的亮度高，颜色纯，可以大大改善图像的清晰度，印出来的书质量当然就高。

另外，激光照相排版比起普通照相排版要迅速、简便得多。

激光照相排版首先是通过计算机把文字变成一个个点，然后用点来控制激光扫描感光底片。即用激光‘撞’击底片上的感光涂料，留下无数个对应的点，这些点经显影、定影后就重新变成文字或图像。这里，激光束相当于电子束，感光底片相当于电视机荧屏。接下来，用载着文字和图像的底片就可以去印书报杂志了。

彩色电视机之所以能显示红、绿、蓝三色，是由于荧屏上涂有三色荧光粉，它们在电子撞击下会显出三种颜色。而激光排版也可以采用类似的原理，印刷出优美的彩色画面来。

激光标记印刷是通过激光打标机实现图文印刷的，其基本原理是，由激光发生器生成高能量的连续激光光束，当激光作用于承印材料时，处于基态的原子跃迁到较高能量状态；处于较高能量状态的原子是不稳定的，会很到某1负荷不能再上升时快回到基态，当原子返回基态时，会以光子或量子的形式释放出额外的能量，并由光能转换为热能，使表面材料瞬间熔融，甚至气化，从而形成图文标记。

1．激光发生器

下文将以氪灯激光打标系统为例，说明激光发生器的原理。氪灯通电后，以20kV的高压击穿氪灯中的氪气后，电源自动转换输出电压为100V(5A)，维持氪灯连续的弧光放电。在激光发生器中，氪灯位于椭圆形聚光腔的1个焦点上，氪灯产生的弧光经聚光腔反射后，再全部聚焦在另一个焦点--晶体钇铝石榴石(YAG)上，YAG吸收泵浦光后，形成波长为1060nm的连续激光，连续激光在谐振腔中垂直于光轴的前镜和后镜间往返振荡，并从前镜输出。

2．打标原理

射频驱动器(RFDriver)控制Q-开关的开关状态，连续激光在Q-开关的作用下，变成峰值功率达110kW的脉冲光波，经过光孔的脉冲光达到阈值后，由谐振腔输出到达扩束镜，光束经扩束镜放大后传输到扫描镜，由伺服电机带动X轴、Y轴方向的扫描镜片旋转进行光扫描，最后经平面聚焦场将激光的功率进一步放大后，聚焦在工作平面上进行打标。整个过程由计算机按程序控制。

由于激光具有良好的单色性和相干性，将全息术应用于印刷，可对白光再现全息图进行大量复制1、静电会给电子万能实验机带来哪些危害，产生全息图的第三代产品，称其为“全息印刷”。

全球头息印刷属于特种印刷的范畴，是传统印刷的重要补充。现在世界各国都很重视全息印刷，并积极开展应用研究和开发工作。根据果冻布丁资料介绍，从1985年至1995年10年间全息图像印刷产品市场平均每年以36．2％的速度增长。在出版印刷、包装装潢、商品证件防伪加密等领域获得了广泛应用，成为具有经济效益和社会效益的开发项目，引起印刷界、包装界的极大兴趣。

全息印刷又称为全息图的大量模压复制。它是全息技术的一个重要应用领域，具有广阔的应用前景。全息图的模压复制技术1969年由美国无线电公司（RCA）首先提出，1981年日本举办了首届模压全息图片展览，1984年美国“国家地理杂志”首先将模压全息图用于杂志的封面，随后不断扩大应用领域，近10年来发展极为迅猛。

全息印刷的工艺过程

模压全息图制作过程可分为三个阶段：激光全息母版制作、电铸金属模版和模压。

所谓模压全息术就是先以能实现白光再现的全息技术方法，在光致抗蚀剂等一类全息记录介质上制作出浮雕型全息图（称为原版）。然后通过电铸成形将原版全息图转化成金属浮雕全息图（称为铸版），经热压将金属全息图上的浮雕信息压入PVC或PET塑料薄膜，最好经真空镀铝将透射式全息图变为反射观察的全息图。

1．激光全息母版的制作。用于全息印刷的原版全息图必须是能实现白光再现的浮雕ā型位相全息图。制作出高质量的全息图是决定全息印刷质量的最关键环节之一。

制作白光再现全息图方法较多，模压全息复制技术中多采用彩虹全息、像面全息和反射全息等技术方法。以下重点介绍彩虹全息图制作方法。

（1）彩虹全息图制作。首先，用银盐干版（天津全息I型）记录物体的菲涅耳型全息图H1，该版经漂白后作为主全息图。He-Ne激光束经M1反射后到达分束镜S，其中透射光由M2反射，经扩束滤波器L1后被凹面反射镜M准直并照射于记录干版H1上作为参考光。经分束器S的另的束反射光作为物光，由M牛皮皮料3、M4反射后，经扩束镜L2扩束后照射物体，使物光和参考光在全息干版H1上干涉，曝光后经暗室处理获得H1全息图，即主全息图。

第二步，用Ar+激光器的457.9nm或He-Cd激光器的441.6nm波长的光经准直后沿原参考光的共轭方向照明主全息图H1。在H1前放置狭缝装置，光通净化工程过主全息图再现时可得赝视实像（作为物光）。然后，在该实像附近位置放置光致抗蚀剂类记录干版H2，使物光和参考光在H2上干涉并进行记录，经显影处理后，就获得一张浮雕型的彩虹全息图。因为在H2曝光时，狭缝也作为物体被记录在彩虹全息图中，所以再现时还要形成一个狭缝的像。因该记录过程分二步进行，通常称其为二步彩虹全息术。它是在1969年由本顿（Benton）首先提出的。

如果再现时用白光来照明彩虹全息图，则每种波长的光都形成一组狭缝像和物体像。一般来说，这一系列像分别出现在不同的空间位置上。若观察者用眼睛在狭缝像附近上下移动其视线，就可以看到从红到紫的不同颜色的物体像。这是因为，通过一个狭缝像的位置只能看到一种颜色的物像。之所以称它为彩虹全息，就是因为这一系列不同颜色的 物像犹如彩虹一样。

2．金属模版制作。这道工序的目的是的把光致抗蚀剂原版全息图上的浮雕型条纹复制在金属板上，制成用于模压机上的工作模片。这是一项涉及化学分析、电化学、表面物理的综合技术，人们称其为民成型技术。电成型也叫作电铸。

（1）表面处理。表面处理的目的是清除胶层表面的油污和杂质，以确保像的保真度和镀层的牢固性。由于光致抗蚀剂易溶解于碱性溶液，所以必须用中性洗涤剂清洗。

（2）敏化。敏化处理是将光致抗蚀剂表面离子化，以形成均匀分布的离子颗粒（即反应中心），以保证镀银反应能够均匀地进行。敏化剂为氯化亚锡溶液。

（3）化学镀银。这是整个电成型工艺的关键。镀银有两个作用：①在光致抗蚀剂表面形成薄薄一层导电层，约um，成为电解镀镍的阴极；②在浮雕表面镀上一层颗粒极细的银，使光致抗蚀剂上的浮雕沟槽能完全转移到金属镍层上。它的基本化学过程是所谓银镜反应。反应式可表示为：

nAg++3/2nOH-+C6H12O6→nAg+ānH2O+1/2nRCOO-

(4)电铸镍。整个电铸过程在电铸槽中进行，槽中镀液呈酸性，置于镀液中的光致抗蚀剂板作为阴极。电镀液的主盐是氨基硫酸镍，也可以用硫酸镍和氯化镍。氨基硫酸镍是一种强电解质，在镀液中全部离解镍离子：

Ni[(NH3SO3]→Ni2++SO+NH3↑

溶液中带正电的镍离子向阴极（即光致蚀剂板）移动，并在阴极接受电子，变成镍原子而镀在阴极上，即：Ni2++2e→N我们通常把玻璃态与高弹态之间的转变i

电铸过程中要根据所需厚度来调整电流和时间，同时还要注意控制温度、酸度，消除镀层应力等。

将镍模从片基上剥离后，用丙酮之类的有机溶剂除胶，就得到所谓的第一代模版（银版），习惯上称“曾祖母”版。

（5）表面钝化处理。将模版在钝化液（重铬酸溶液）中做钝化处理，使其表面生成一层银的氧化物，便于在翻镀工作模版时容易剥离。

（6）翻铸。经清洗、钝化处理后，将第一代模版放入镀槽中快速电铸镍，即得第二代模版（称祖母版）。再用第二代模版电铸第三代模版（称母版）。最后将母版放入硬镀槽（含硬度剂）中铸出模压用的工作模片。

镍版具有很高的硬度、耐磨性和抗腐蚀

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