Фотофон

редактировать
Изображение темной латунной исторической доски с полосой зеленой коррозии, стекающей по ней, установленное на внешней стороне кирпичного здания. Историческая мемориальная доска на стене школы Франклина в Вашингтоне, округ Колумбия, которая отмечает одну из точек, с которой демонстрировался фотофон Схема из одной из статей Белла 1880 года

Фотофон - это телекоммуникационное устройство, которое позволяет передавать речь в луче света. Он был изобретен совместно Александром Грэмом Беллом и его помощником Чарльзом Самнером Тейнтером 19 февраля 1880 года в лаборатории Белла на 1325 L-стрит в Вашингтоне, округ Колумбия. Оба они впоследствии стали полноправными сотрудниками. в Лаборатории Ассоциации Вольта, созданной и финансируемой Bell.

3 июня 1880 года помощник Белла передал беспроводное голосовое телефонное сообщение с крыши школы Франклина в окно лаборатории Белла, примерно в 213 метрах (примерно 700 футов) от.

Белл считал фотофон своим самым важным изобретением. Из 18 патентов, выданных только на имя Белла, и 12, которыми он поделился со своими сотрудниками, четыре были на фотофон, который Белл назвал своим «величайшим достижением», незадолго до смерти рассказав репортеру, что фотофон был «величайшим изобретением, которое [я] когда-либо делал, большим, чем телефон».

Фотофон был предшественником волоконно-оптических систем связи, которые получили всемирное распространение, начиная с в 1980-е гг. Главный патент на фотофон (Патент США 235,199 Устройство для сигнализации и связи, названный Фотофон) был выдан в декабре 1880 года, за много десятилетий до того, как его принципы нашли практическое применение.

Содержание

  • 1 Дизайн
  • 2 Первая успешная беспроводная голосовая связь
  • 3 Прием и внедрение
  • 4 Дальнейшее развитие
  • 5 Празднования
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки
  • 8 Дополнительная литература
  • 9 Внешние ссылки

Дизайн

Приемник фотофона и гарнитура, половина оптической телекоммуникационной системы Bell и Tainter 1880 года

Фотофон был похож на современный телефон, за исключением того, что он использовал модулированный свет как средство беспроводной передачи, в то время как телефон полагался на модулированное электричество, передаваемое по проводящей проводной цепи.

собственное описание света Беллом модулятор:

Мы обнаружили, что простейшая форма устройства для создания эффекта состоит из плоского зеркала из гибкого материала, на спину которого направлен голос говорящего. Под действием голоса зеркало становится попеременно выпуклым и вогнутым и, таким образом, попеременно рассеивает и конденсирует свет.

Яркость отраженного луча света, наблюдаемая с места нахождения приемника, поэтому варьируется в соответствии со звуком. -частотные колебания давления воздуха - звуковые волны, воздействующие на зеркало.

В своей первоначальной форме приемник фотофона также был неэлектронным, используя фотоакустический эффект. Белл обнаружил, что многие вещества можно использовать в качестве преобразователей прямого преобразования света в звук. Lampblack оказался выдающимся. Используя полностью модулированный луч солнечного света в качестве тестового сигнала, одна экспериментальная конструкция приемника, в которой использовался только слой сажи, выдавала тон, который Белл описал как «болезненно громкий» для уха, прижатого к устройству.

В своей окончательной электронной форме приемник фотофона использовал простой селеновый элемент фотодетектор в фокусе параболического зеркала. электрическое сопротивление элемента (примерно от 100 до 300 Ом ) изменялось обратно пропорционально падающему на него свету, т.е. его сопротивление было выше при слабом освещении и ниже при ярком. Селеновый элемент занял место угольного микрофона - также устройства с переменным сопротивлением - в цепи того, что в остальном было по сути обычным телефоном, состоящим из батареи, электромагнитного наушника и переменного сопротивления, соединенных последовательно. Селен модулировал ток, протекающий по цепи, и этот ток был преобразован наушником обратно в изменения давления воздуха - звук.

В своем выступлении перед Американской ассоциацией развития науки в августе 1880 года Белл отдал должное мистеру А.К. Брауну из Лондона осенью 1878 года за первую демонстрацию передачи речи светом.

Поскольку в устройстве использовалась лучистая энергия, французский ученый Эрнест Меркадье предложил называть изобретение не «фотофон», а «радиофон», поскольку его зеркала отражают лучистую энергию Солнца в нескольких диапазонах, включая невидимый инфракрасный диапазон. Белл некоторое время использовал это название, но его не следует путать с более поздним изобретением «радиотелефон », в котором использовались радиоволны.

Первая успешная беспроводная голосовая связь

Иллюстрация передатчика фотофона, показывает путь отраженного солнечного света до и после модуляции Иллюстрация приемника фотофона, изображающая преобразование модулированного света в звук, а также его источник электроэнергии (P)

Во время медового месяца в Европе со своей невестой Мейбл Хаббард, Белл, вероятно, читал о недавно обнаруженном свойстве селена иметь переменное сопротивление при воздействии света в статье Роберта Сабина, опубликованной в Nature 25 апреля 1878 г. В своих экспериментах Сабин использовал измеритель, чтобы увидеть эффекты света, воздействующие на селен, подключенный по цепи к батарее. Однако Белл рассудил, что, добавив к той же цепи телефонную трубку, он сможет слышать то, что видит только Сабина.

Поскольку бывший партнер Белла, Томас Уотсон, был полностью занят как Начальник производства для зарождающейся Bell Telephone Company в Бостоне, Массачусетс, Белл нанял Чарльза Самнера Тейнтера, производителя приборов, который ранее работал в США. Комиссия по транзиту Венеры 1874 года для его новой лаборатории на улице L в Вашингтоне, из расчета 15 долларов в неделю.

19 февраля 1880 года пара справилась с этим. чтобы создать функциональный фотофон в своей новой лаборатории, прикрепив к диафрагме набор металлических решеток, при этом луч света прерывается движением решеток в ответ на звуки. Когда модулированный световой луч упал на их приемник селена, Белл в своих наушниках смог отчетливо услышать, как Тейнтер поет Auld Lang Syne.

1 апреля 1880 г., Вашингтон, округ Колумбия, В ходе эксперимента Белл и Тейнтер проехали по переулку на 79 метров (259 футов) до заднего окна лаборатории. Затем, несколько месяцев спустя, 21 июня, им удалось четко установить связь на расстоянии около 213 метров (около 700 футов), используя простой солнечный свет в качестве источника света практическое электрическое освещение только что был представлен в США Эдисоном. В их последних экспериментах передатчик отражал солнечный свет от поверхности очень тонкого зеркала, расположенного на конце разговорной трубки; когда произносятся слова, они заставляют зеркало колебаться между выпуклым и вогнутым, изменяя количество света, отражаемого от его поверхности к приемнику. Тейнтер, находившийся на крыше школы Франклина, разговаривал с Беллом, который слушал в своей лаборатории и подавал сигнал Тейнтеру, энергично размахивая шляпой из окна, как и требовалось.

Приемник представлял собой параболическое зеркало с селеновыми ячейками в фокусе. Это была первая в мире официальная беспроводная телефонная связь (вдали от лаборатории), проведенная с крыши школы Франклина в лабораторию Белла на улице L, 1325, что сделало фотофон первым известным в мире голосовым телефоном беспроводным телефоном Система, по крайней мере, на 19 лет впереди первых разговорных радиопередач. Прежде чем Белл и Тейнтер завершили свои исследования, чтобы перейти к разработке графофона, они разработали около 50 различных методов модуляции и демодуляции световых лучей для оптической телефонии.

Прием и принятие на вооружение

Сам телефон все еще был чем-то вроде новинки, а радио находилось на расстоянии десятилетий от коммерциализации. Социальное сопротивление футуристической форме связи фотофона можно увидеть в комментарии New York Times августа 1880 года:

Обычный человек... найдет небольшое затруднение в понимании того, как использовать солнечные лучи.. Планирует ли профессор Белл соединить Бостон и Кембридж... линией солнечных лучей на телеграфных столбах, и если да, то какого диаметра будут солнечные лучи... [и] будет ли это необходимо изолировать их от непогоды... пока (общественность) не увидит человека, идущего по улице с катушкой солнечных лучей № 12 на плече и подвешивающей их от полюса к полюсу, будет общее ощущение, что В фотофоне профессора Белла есть что-то такое, что оказывает огромное давление на доверчивость людей.

Однако во время их прорыва в феврале 1880 года Белл безмерно гордился своим достижением, так что он хотел назвать свою новую вторую дочь » Фотофон ", который был тонко обескуражен его женой Мэйбл Белл (вместо этого они выбрали" Мэриан "с" Дейзи "в качестве ее прозвища ). Он писал с некоторым энтузиазмом:

Я слышал членораздельную речь при солнечном свете! Я слышал, как лучи солнца смеются, кашляют и поют!... Я мог слышать тень и даже слышать на слух движение облака по солнечному диску. Вы дедушка Фотофон, и я хочу разделить мое восхищение своим успехом.

Александр Грэм Белл в письме своему отцу Александру Мелвиллу Беллу от 26 февраля 1880 года

Белл передал права на интеллектуальную собственность фотофона American Bell Telephone Company в мае 1880 года. Белл надеялся, что его новый фотофон можно будет использовать на кораблях в море, а также заменить из-за множества телефонных линий, пролегающих вдоль оживленных городских бульваров, его конструкция не могла защитить свои передачи от внешних помех, таких как облака, туман, дождь, снег и т. д., которые могли легко нарушить передачу света. Такие факторы, как погода и недостаток света, препятствовали использованию изобретения Белла. Вскоре после его изобретения лаборатории в рамках Bell System продолжили совершенствовать фотофон в надежде, что он сможет дополнить или заменить дорогие обычные телефонные линии. Его первое неэкспериментальное использование было связано с военными системами связи во время Первой и Второй мировых войн, его ключевым преимуществом было то, что его световые передачи не могли быть перехвачены противником.

Белл размышлял о возможном научном использовании фотофона в спектральном анализе искусственных источников света, звезд и солнечных пятен. Позже он также размышлял о его возможных будущих приложениях, хотя не ожидал ни лазера, ни волоконно-оптических телекоммуникаций :

. Может ли воображение представить, каким будет будущее этого изобретения!..... Мы можем разговаривать с помощью света на любом видимом расстоянии без проводящей проволоки... В целом в науке с помощью фотофона будут сделаны открытия, о которых сейчас даже и не мечтать.

Дальнейшее развитие

Эрнст Румер на своем " фотоэлектрическая »оптическая телефонная станция. (1905)

Хотя исследователи Bell Telephone внесли несколько скромных улучшений в конструкцию Белла и Тейнтера, радиопередачи Маркони начали намного превосходить максимальный диапазон фотофона уже в 1897 году и дальнейшее развитие фотофона. был в значительной степени арестован до начала германо-австрийских экспериментов на рубеже 20-го века.

Немецкий физик Эрнст Румер полагал, что повышенная чувствительность его улучшенных селеновых ячеек в сочетании с превосходными приемными способностями «говорящей дуги» профессора Х.Т. Саймона сделает фотофон практичным в течение длительного времени. сигнальные расстояния. Румер выполнил серию экспериментальных передач вдоль реки Гавел и на озере Ванзее с 1901 по 1902 год. Он сообщил о достижении расстояния отправки в хороших условиях в 15 километров (9 миль) с одинаковым успехом в течение дня и ночью, вечером. Он продолжал свои эксперименты в Берлине до 1904 года, вместе с немецким флотом, который поставил мощные прожекторы для использования в трансмиссии.

Немецкая Siemens Halske Company увеличила радиус действия фотофона. за счет использования угольных дуговых ламп с модулированным током, обеспечивающих дальность действия около 8 км (5,0 миль). Они производили коммерческие единицы для ВМС Германии, которые были дополнительно адаптированы для увеличения дальности действия до 11 километров (6,8 мили) с использованием корабельных прожекторов с голосовой модуляцией.

Исследования Британского Адмиралтейства во время Первой мировой войны. привело к разработке модулятора вибрирующего зеркала в 1916 году. Более чувствительные ячейки приемника молибденита, которые также имели большую чувствительность к инфракрасному излучению, заменили старые ячейки селена в 1917 году. Правительства Соединенных Штатов и Германии также работал над техническими улучшениями системы Bell.

К 1935 году немецкая Carl Zeiss Company начала производить инфракрасные фотофоны для танковых батальонов немецкой армии, используя вольфрамовые лампы с инфракрасными фильтрами, модулируемыми вибрирующими зеркалами или призмами. В них также использовались приемники, в которых использовались детекторные ячейки и усилители из сульфида свинца , что увеличивало их дальность действия до 14 километров (8,7 миль) при оптимальных условиях. Японская и итальянская армии также пытались аналогичным образом разработать световодную связь до 1945 года.

Несколько военных лабораторий, в том числе в Соединенных Штатах, продолжали исследования и разработки фотофона до 1950-х годов, экспериментируя с парами высокого давления и ртутью. дуговые лампы мощностью от 500 до 2000 ватт.

Поминовение

С ВЕРХНЕГО ЭТАЖА ЭТОГО ЗДАНИЯ. БЫЛО ПОСЛАНО 3 ИЮНЯ 1880 ГОДА. НАД ЛУЧОМ СВЕТА ДО 1325 'ДВ. УЛИЦА. ПЕРВОЕ СООБЩЕНИЕ БЕСПРОВОДНОГО ТЕЛЕФОНА. В ИСТОРИИ МИРА.. АППАРАТ, ИСПОЛЬЗОВАННЫЙ ДЛЯ ОТПРАВКИ СООБЩЕНИЯ., БЫЛ ИЗОБРЕТЕН. АЛЕКСАНДРОМ ГРАХЕМОМ БЕЛЛОМ. ИЗОБРЕТЕНИЕ ТЕЛЕФОНА. ДАННУЮ ДОБКУ РАЗМЕСТИЛ. АЛЕКСАНДР ГРАХАМ БЕЛЛ. ГЛАВА. ПИОНЕРЫ ТЕЛЕФОНА АМЕРИКИ. 3 МАРТА 1947 ГОДА РОЖДЕНИЕ БЕЛЛА

Маркер школы Франклина в ознаменование первого официального судебного процесса

3 марта 1947 года, столетие со дня рождения Александра Грэхема Белла, пионеров телефонной связи Америки посвятил исторический указатель на стороне одного из зданий, школы Франклина, которую Белл и Самнер Тейнтер использовали для своего первого официального судебного разбирательства на значительном расстоянии. Изначально Тейнтер стоял на крыше школьного здания и передал Беллу в окно своей лаборатории. Маркер не признавал научный и инженерный вклад Тейнтера.

19 февраля 1980 года, ровно через 100 лет после первой передачи Белла и Тейнтера фотофона в их лабораторию, сотрудники Смитсоновского института, Национальное географическое общество и компания ATT Bell Labs собрались на месте бывшей 1325 L 'Street Volta Laboratory Белла в Вашингтоне, округ Колумбия, для празднования

Празднование столетия фотофона было впервые предложено исследователем электроники и писателем Форрестом М. Мимсом, который предложил его доктору Мелвиллу Беллу Гросвенфу, внук изобретателя во время визита в свой офис в Национальном географическом обществе. Позже историческая группировка отметила столетие первой успешной лабораторной передачи фотофона, используя ручной демонстрационный фотофон Мимса, который функционировал аналогично модели Белла и Тейнтера.

Мимс также построил и предоставил пару современных портативных устройств. светодиодные трансиверы с батарейным питанием, соединенные 100 ярдами (91 м) оптического волокна . Ричард Гундлах из Bell Labs и Эллиот Сивович из Смитсоновского института использовали устройство во время поминовения, чтобы продемонстрировать одного из современных потомков фотофона. Национальное географическое общество также организовало специальную образовательную выставку в Зале исследователей, посвященную изобретению фотофона с оригинальными предметами, заимствованными из Смитсоновского института.

См. Также

Ссылки

Сноски

Цитаты

Библиография

Дополнительная литература

  • Веб-страница оптических аудиотелекоммуникаций Криса Лонга и Майка Грота
  • Экройд, Уильям. «Фотофон» в «Науке для всех», т. 2 (Р. Браун, ред.), Cassell Co., Лондон, около 1884 г., стр. 307–312. Популярный отчет, обильно иллюстрированный гравюрами на стали.
  • Armengaud, J. "Le photophone de M.Graham Bell". Soc. Ing. civ. Mem., 1880, Vol 2. С. 513–522.
  • ATT Company. Брошюра "Радиофон", распространенная на выставке Louisiana Purchase Exhibition, Сент-Луис, штат Миссури, 1904. Описывает фотофонную работу Хаммонда V Хейса в Bell Labs (запатентовано в 1897 году) и немецкого инженера Х.Т. Саймона в том же году.
  • Bell, Александр Грэм. «О производстве и воспроизведении звука светом: фотофон». Am. Жопа. for the Advancement of Sci., Proc., Vol 29, October 1880, pp. 115–136. Также в Американском журнале науки, серия 3. № 20, 1880, стр. 305–324; Англ. Л., 30. 1880, с. 240–242; Электрик, Том 5. 1880, стр. 214–215, 220–221, 237; Журнал Общества инженеров-телеграфистов, № 9, 1880 г., стр. 404–426; Nat. Л., Том 22. 1880, стр. 500–503; Аня. Чим. Phys., Serie 5. Vol 21. 1880, pp. 399–430; E.T.Z., Vol. 1. 1880, стр. 391–396. Подробно обсуждается в англ. L., Vol 30. 1880, pp. 253–254, 407–409. В этих документах Белл отдает должное мистеру А. К. Брауну из Лондона «в сентябре или октябре 1878 г.» за первые демонстрации передачи речи светом.
  • Белл, Александр Грэм. "Sur l'application du photophone a l'etude des bruits qui ont lieu a la surface solaire". C. R., Vol. 91. 1880, стр. 726–727.
  • Белл, Александр Грэм. "Профессор А.Г. Белл о селене и фотофоне". Pharm. J. and Trans., Series 3. Vol. 11., 1880–1881, с. 272–276; Электрик № 5, 18 сентября 1880 г., стр. 220–221 и 2 октября 1880 г., стр. 237; Nature (Лондон) Том 22, 23 сентября 1880 г., стр. 500–503; Engineering Vol 30, pp 240–242, 253, 254, 407–409; и журнал Общества инженеров-телеграфистов, том 9, стр. 375–387.
  • Белл, Александр Грэм. «Другие бумаги на фотофоне» E.T.Z. № 1, 1880, с. 391–396; Журнал Общества искусств 1880 г., № 28, стр. 847–848 и № 29, стр. 60–62; C.R. No. 91, 1880–1881, стр. 595–598, 726, 727, 929–931, 982, 1882, стр. 409–412, 450, 451, 1224–1227.
  • Белл, Александр Грэм. "Le Photophone De La Production Et De La Lumiere". Готье-Виллар, Imprimeur-Libraire, Париж. 1880. (Примечание: это предмет № 26, папка № 4, как указано в «Поисках помощи для коллекции Александра Грэма Белла, 1880–1925», номер коллекции: 308, UCLA Library, Отдел Особых Коллекций Рукописей, как можно просмотреть в Онлайн-архиве Калифорнии )
  • «Фотофон Белла». Nature Vol 24, 4 ноября 1880 г.; The Electrician, Vol. 6, 1881, pp. 136–138.
  • Журнал Эпплтона. "Фотофон". Журнал Эпплтона, Том 10, № 56, Нью-Йорк, февраль 1881 г., стр. 181–182.
  • Бидуэлл, Шелфорд. "Фотофон". Nature., 23. 1881, стр. 58–59.
  • Бидвелл, Шелфорд. «Селен и его применение в фотофоне и телефотографии». Proceedings of the Royal Institution (GB), Vol 9. 1881, pp 524–535; The English Mechanic and World Of Science, Vol. 33, 22 апреля 1881 г., стр. 158–159 и 29 апреля 1881 г., стр. 180–181. Также в Chem. News, Vol. 44, 1881, стр. 1–3, 18–21. (Из лекции в Королевском институте 11 марта 1881 г.)
  • Breguet, A. "Les Recepteu rs photophoniques de selenium ". Аня. Чим. Phys., Series 5. Vol 21. 1880, pp. 560–563.
  • Breguet, A. «Sur les experience photophonique du Professeur Alexander Graham Bell et de M. Sumner Tainter»: C.R.; Vol 91., 1880, pp 595–598.
  • Электрик. "Фотофон Белла", Электрик, Том. 6, 5 февраля 1881 г., стр. 136–138 183.
  • Джеймисон, Эндрю. Nat. Л., Т. 10, 1881, стр. 11. Этот ученый из Глазго, кажется, был первым, кто предложил использовать манометрическое газовое пламя для оптической передачи, что было продемонстрировано на заседании Философского общества Глазго; «История селена и его действия в фотофоне Bell с описанием недавно разработанной формы», Труды Философского Общества Глазго № 13, 1881 г. *** Мозер, Дж. «Микрофонное действие клеток селена». Phys. Soc., Proc., Vol. 4. 1881. С. 348–360. Также в Фил. Mag., Series 5, Vol.12, 1881, pp. 212–223.
  • Калишер, С. "Photophon Ohne Batterie". Rep. F. Phys., Vol. 17., 1881, pp. 563–570.
  • Маккензи, Кэтрин «Александр Грэм Белл», Houghton Mifflin Company, Boston, p. 226, 1928.
  • Mercadier, E. "La radiophonie indirecte". Lumiere Electrique, Vol. 4, 1881, pp. 295–299.
  • Меркадье, Э. «Sur la radiophonie produite a l'aide du selenium». C. R., Vol. 92,1881, pp. 705–707.
  • Меркадье, Э. «Sur la construction de Recepteurs photophoniques a selenium». C. R., Vol. 92, 1881, pp. 789–790.
  • Mercadier, E. «Sur l'influence de la temperature sur les recepteurs radiophoniques a selenium». C. R., Vol. 92, 1881, pp. 1407–1408.
  • Molera Cebrian. «Фотофон». Англ. Л., Т. 31, 1881, стр. 358.
  • Прис, сэр Уильям Х. "Radiophony", Engineering Vol. 32, 8 июля 1881 г., стр. 29–33; Журнал Общества инженеров-телеграфистов, том 10, 1881 г., стр. 212–228. На фотофон.
  • Рэнкин А.О. «Разговор над солнечным лучом». Эл. Exp. (Н.Ю.), Т. 7, 1920, pp. 1265–1316.
  • Sternberg, JM Премия Вольты Французской академии, присужденная профессору Александру Грэхему Беллу: беседа с доктором JM Sternberg, The Evening Путешественник, 1 сентября 1880 г., Документы Александра Грэма Белла в Библиотеке Конгресса
  • Томпсон, Сильванус П. «Заметки о конструкции фотофона». Phys. Soc. Proc., Vol. 4. 1881. С. 184–190. Также в Фил. Mag., Vol. 11, 1881, стр. 286–291. Аннотация в Chem. Новости, Vol. 43, 1881, стр. 43; Англ. Л., Т. 31, 1881, стр. 96.
  • Томлинсон, Х. "Фотофон". Nat. Л., Т. 23, 1881, pp. 457–458.
  • U.S. Radio and Television Corp. "Ультрафиолетовые лучи, используемые на телевидении", New York Times, 29 мая 1929 г., стр. 5: Демонстрация передачи видеосигнала низкой четкости (механически сканированного) по модулированному световому лучу. Конечные станции на расстоянии 50 футов. Публичная демонстрация в магазине Bamberger and Company, Ньюарк, Нью-Джерси. Самое раннее известное использование модулированных световых коммуникаций для передачи видеосигналов. См. Также отчет «Невидимый луч передает изображения» в журнале Science and Invention, ноябрь 1929 г., Vol. 17, стр. 629.
  • Уайт, Р.Х. "Фотофон". Беспроводная энциклопедия Хармсворта, Vol. 3, pp. 1541–1544.
  • Weinhold, A. "Herstellung von Selenwiderstanden fur Photophonzwecke". E.T.Z., Vol. 1, 1880, с. 423.

Внешние ссылки

Поищите photophone в Wiktionary, бесплатном словаре.
Последняя правка сделана 2021-06-02 04:14:41
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте