Физические основы работы лазерного принтера

Физическую основу работы лазерного принтера составляет явление изменения электропроводности некоторых материалов под действием света. Такими материалами являются, прежде всего, полупроводники, а также ряд металлических окислов, например, оксид цинка. Поскольку на всех стадиях процесса получения изображений в лазерном принтере задействовано электрическое поле, специалисты иногда называют такую печать электрографической.

Ключевым элементом, от которого зависит качество печати, является фотобарабан (или фоторецептор). Он выглядит, как вал, покрытый светочувствительным материалом. В рабочем режиме фотобарабан постоянно заряжается специальным устройством – коротроном (в старых моделях принтеров) или зарядным роликом. В процессе печати лазерный луч засвечивает участки фоторецептора в соответствии с печатаемым изображением. В результате электрический заряд засвеченных участков изменяется по сравнению с общим фоном.

Лазер и полупроводник

В отличие от других веществ полупроводники особо чувствительны к освещённости из-за особенностей своей атомной структуры. Дело в том, что в отличие, например, от металлов полупроводниковая кристаллическая решётка менее стабильна. Данная особенность обуславливает насыщение межатомного пространства полупроводников носителями заряда при облучении материала лазерным лучом, обладающим следующими свойствами:

• когерентность;
• монохромность;
• высокая интенсивность;
• поляризованность.

Полупроводник на поверхности фоторецептора насыщается носителями электрического заряда, главным образом, по той причине, что энергия квантов видимого спектра электромагнитного поля (то есть фотонов) чрезвычайно велика. Её мало, чтобы разрушить металлические атомные связи, но в случае полупроводника – «энергичности» фотонов вполне достаточно.

Фотобарабан и тонер

Засветка участков фоторецептора лазером – это лишь половина дела. Далее для получения изображения на бумаге нужно перенести на неё тонер. Эта задача решается с помощью магнитного вала. Тонер притягивается к нему, а затем переносится на те участки фотобарабана, которые оказались засвеченными.

Физической основой этого процесса является взаимное отталкивание одноимённых и притягивание разноимённых электрических зарядов. Дело в том, что на магнитный вал и фоторецептор подаётся напряжение одного знака. Следовательно, от незасвеченных участков фотобарабана тонер отталкивается, а к засвеченным, напротив, притягивается. Таким образом, на поверхности фоторецептора проявляется печатаемое изображение.

Перенос тонера на бумагу

В основе физики переноса тонера на бумагу лежит явление удержания порошка на носителе зарядом статического электричества. В зоне контакта бумажного листа с фоторецептором располагается так называемый вал переноса (или ролик переноса). К нему, как и к фотобарабану, подводится напряжение, но только противоположного знака.

Как следствие, частицы тонера стремятся к ролику переноса, но на их пути встаёт преграда – бумага. В итоге порошок осаждается на ней за счёт сил статического электричества. Тонер остаётся только закрепить, для чего бумага проходит через специальный нагревательный вал, иногда называемый печкой. Под действием высокой температуры полимерный тонер плавится и буквально «вваривается» в бумажный носитель.