Текст книги "Девять цветов радуги"
Автор книги: Александр Штейнгауз
сообщить о нарушении
Текущая страница: 19 (всего у книги 23 страниц)
Судьба затерявшихся фотонов
Читая о фотоэффекте, вы, вероятно, уже задумывались над тем, почему не каждый фотон, имеющий необходимую энергию, выбивает электрон, и, наверное, пытались понять судьбу тех фотонов, которые, попав в фотокатод, так и остались в нем, не дав полезного результата.
Коротко ответить на эти вопросы, пожалуй, нельзя. Поэтому те, кто хочет подробнее разобраться в этом, должны обратиться к помощи других книг. Здесь же стоит ограничиться наикратчайшим и довольно приблизительным объяснением этого факта. Оно сводится к упоминанию о двух важных обстоятельствах. Первое заключается в том, что некоторые из электронов, выбитых фотонами, двигаясь в пространстве кристаллической решетки вещества фотокатода, сталкиваются с другими свободными электронами. При столкновении они отдают часть своей энергии, и оставшейся уже не хватает, для того чтобы покинуть фотокатод. Другая причина – это то, что фотоны не всегда отдают свою энергию свободным электронам. Иногда они отдают ее электронам, связанным с атомами. Для того чтобы выбить такие электроны, требуется значительно большая энергия, чем та, которой обладают далеко не все фотоны.
Казалось бы, с такими потерями необходимо примириться. Но ученые нашли методы, позволяющие использовать и те фотоны, которые ранее считались невозвратно пропавшими. Открыв эти методы, они создали фотоэлементы совершенно нового типа. Их называют фотоэлементами с внутренним фотоэффектом.
Такое название говорит само за себя. Слова «внутренний фотоэффект» показывают, что в таких фотоэлементах протекание тока обеспечивается не теми электронами, которые покинули поверхность облучаемого вещества, а теми, которые, получив от фотонов энергию, покинули лишь атомные орбиты и свободно перемещаются в пространстве кристаллической решетки. Для того чтобы выбить электрон с атомной орбиты, требуется меньше энергии, чем для того, чтобы заставить электрон вообще покинуть поверхность облучаемого вещества. Именно поэтому в новых фотоэлементах удалось повысить чувствительность. В таких фотоэлементах почти каждый фотон, имеющий достаточную энергию, освободит электрон и позволит ему переносить заряд, то есть проводить ток. Не менее важно и то, что величина необходимой энергии фотонов при внутреннем фотоэффекте может быть меньшей, и поэтому красная граница внутреннего фотоэффекта достигает значительно больших длин волн.
Фотоэлементы нового типа устроены совсем иначе и гораздо проще, чем старые. Они представляют собой небольшой кусочек специального вещества, вставленный в оправу. С торцов это вещество плотно соприкасается с металлическими контактами – выводами. Внешняя поверхность, обращенная к свету, и есть рабочая поверхность, на которую направляют лучи света.
Когда такой фотоэлемент находится в темноте, свободных электронов в пространстве кристаллической решетки очень мало. В этом случае они смогут освобождаться из атомов только за счет нагрева. Но, когда на рабочую поверхность падают лучи света, свободных электронов в кристаллической решетке вещества становится много; тем больше, чем интенсивнее падающий свет. Они хаотически перемещаются в пространстве решетки в самых разнообразных направлениях. Но в среднем количество электронов, направленных в данный момент, скажем, влево, равно количеству электронов, движущихся вправо. Поэтому тока через фотоэлемент не будет, даже если мы перемкнем его выводы между собой.
Но стоит только подключить к выводам источник электрического тока, как движение электронов упорядочится с очень большой быстротой. Большинство электронов начинает двигаться в одну сторону: от вывода, на который подан минус, к выводу, присоединенному к плюсу. Такое упорядоченное движение электронов и есть электрический ток. Чем интенсивнее падающий свет, тем больше освободившихся электронов, тем больший течет ток.
У таких фотоэлементов есть важная отличительная черта. Она состоит в том, что ток, проходя через них при постоянном освещении, изменяется при изменении напряжения источника, повинуясь всем известному закону Ома. Иными словами, при неизменной освещенности фотоэлемент с внутренним фотоэффектом ведет себя как обычное сопротивление. Благодаря этому свойству фотоэлементы такого рода называют теперь фотосопротивлениями. Это название прочно привилось к ним еще и потому, что по своему виду фотосопротивления действительно похожи на самые распространенные элементы радиоэлектронных схем – сопротивления.
Мы тоже будем пользоваться таким названием, тем более удобным, что оно подчеркивает разницу между фотоэлементами с внешним фотоэффектом и фотоэлементами с внутренним фотоэффектом и позволяет избежать путаницы.
Для изготовления фотосопротивлений применяется особая группа материалов – так называемых полупроводников. Наиболее часто в настоящее время фотосопротивления изготавливаются из сернистого свинца, трехсернистой сурьмы, теллуристого свинца, сернистого кадмия и из некоторых химических соединений, содержащих селен.
Современные фотосопротивления обладают весьма высокой чувствительностью. Не менее важно и то, что при достаточном освещении они могут пропускать во внешнюю цепь сравнительно большой ток. Это означает, что их часто можно использовать без каких-либо дополнительных электронных усилителей. Так, схему простого счетчика, в котором раньше совместно с фотоэлементом применяли усилитель, можно собрать, используя только фотосопротивление, батарею и электромагнитное реле.
Есть у фотосопротивлений и недостатки. Основной из них – это то, что они инерционны, то есть имеют достаточную чувствительность и проводят нормальный рабочий ток только в том случае, если интенсивность падающего на них света либо вовсе не изменяется во времени, либо изменяется сравнительно медленно. Если же она пульсирует с большой частотой или представляет собой ряд последовательных кратковременных вспышек, то фотосопротивление не успевает реагировать на такие быстрые изменения освещенности. В этом смысле фотосопротивления напоминают глаз, который тоже не успевает реагировать на вспышки, часто следующие друг за другом. Как правило, инерционность фотосопротивлений тем больше, чем больше их чувствительность.
Фотоэлементы с внешним фотоэффектом и фотоумножители не обладают таким недостатком. Они практически мгновенно откликаются на каждое даже очень кратковременное, очень быстрое изменение светового потока. Именно поэтому фотоумножители можно применять в счетчиках частиц, в световых измерителях расстояний, где длительность световых вспышек составляет миллионные доли секунды, в световой телефонии, где свет пульсирует с большой частотой.
Первые более или менее пригодные для технического использования фотосопротивления появились незадолго до второй мировой войны. В годы войны немецкие специалисты добились некоторых успехов в их усовершенствовании. Но всего лишь лет десять назад фотосопротивления были доведены до такой степени совершенства, что в настоящее время без них были бы немыслимы многие важные приборы.
Новые пути
Ученые и инженеры, занятые во многих странах разработкой различных приемников света, не успокоились на достигнутом и в последние три года получили новые поразительные результаты.
Первых успехов добились создатели очень сходных с фотосопротивлениями устройств, названных фототранзисторами. Фотодиоды (двухэлектродные устройства) и фототриоды (трехэлектродные устройства) стали изготавливать из двух важнейших полупроводниковых материалов – германия и кремния, именно тех материалов, из которых изготавливают все остальные типы транзисторов.
Фотодиоды и фототриоды по своим размерам оказались еще меньше фотосопротивлений, но они обладают поистине замечательными свойствами. Фотодиоды по чувствительности уступают только лучшим типам фотосопротивлений, но зато значительно превосходят их по быстродействию. Инерционность их настолько мала, что даже при изменении интенсивности света с частотой 100 и 200 тысяч периодов в секунду или при вспышках, длящихся стотысячные доли секунды, они почти не теряют чувствительности и продолжают выдавать достаточные по величине сигналы. Но это только начало, в дальнейшем фотодиоды можно значительно усовершенствовать.
Фотодиод может пропускать сравнительно небольшие токи. Зато фототриод и в этом не уступает и даже превосходит фотосопротивления. По чувствительности некоторые типы фототриодов догоняют уже фотоумножители. Правда, пока еще не все фототриоды имеют малую инерционность, но в этом направлении делается многое, и уже появились первые сообщения о том, что некоторые типы фототриодов могут реагировать на свет, пульсирующий с частотой в десятки миллионов периодов в секунду, или на кратковременные вспышки, длящиеся одну десятимиллионную долю секунды. Такие фототриоды уже вполне пригодны для использования в световых дальномерах.
Следует сказать еще об одном важном преимуществе фотодиодов и фототриодов. Оно заключается в том, что они могут без всяких повреждений или ухудшения свойств работать в чрезвычайно широком диапазоне освещенностей: от сумеречной до освещенности прямыми солнечными лучами. В этом они мало уступают человеческому глазу и значительно превосходят фотоумножители. Последние не выдерживают больших освещенностей. И при интенсивной засветке высокочувствительные фотоумножители сразу же выходят из строя. Если к этому добавить, что фототриоды и фотодиоды имеют очень малые габариты, значительно прочнее и неизмеримо проще в эксплуатации, то можно сказать, что в ближайшем будущем они найдут широкое применение.
Спектральная характеристика фотодиодов и фототриодов зависит от материала, из которого они выполнены. При применении германия красная граница чувствительности доходит до 1,6–1,7 микрона, то есть находится в области инфракрасных лучей. Кремниевые фотодиоды и фототриоды имеют высокую чувствительность только в области видимых световых лучей.
Характеристика спектральной чувствительности приемников света является очень важным параметром этих устройств. Она определяет применимость их в тех или иных случаях. В настоящее время за рубежом ведутся работы с целью расширить границы чувствительности и, в особенности, продвинуть их в инфракрасной области. Пока «чемпионами» являются фотосопротивления из сернистого свинца, теллуристого свинца и из соединения селена со свинцом. Красная граница таких фотосопротивлений лежит на волнах длиной от 3 до 5 микронов.
Но и это еще далеко не предел. В настоящее время в лабораториях многих стран мира исследуются все новые и новые материалы с удивительными свойствами. Страницы специальных технических журналов все чаще занимают статьи и сообщения о новых опытах и новых экспериментальных фотосопротивлениях, оставляющих по своим качествам далеко позади уже используемые техникой фотосопротивления. Наиболее многообещающими являются фотосопротивления из германия, легированного[34]34
Легирование – введение в расплавленные или твердые металлы некоторых химических элементов для получения сплава с требуемыми свойствами.
[Закрыть] золотом, и из сурьмянистого индия. Оба эти материала позволяют создать чрезвычайно чувствительные приемники света с красной границей чувствительности на 7,5 и даже на 10 микронах. Стоит сказать, что волны длиной 10 микронов интенсивно излучают тела, температура которых равна всего лишь плюс 15 градусам. Инерционность таких фотосопротивлений чрезвычайно мала. Они успевают хорошо реагировать на световые вспышки, длящиеся меньше одной миллионной секунды.
В фотосопротивлениях, так же как и в обычных фотоэлементах, при нагреве количество вредных термоэлектронов увеличивается. Поэтому фотосопротивления необходимо охлаждать. Но в данном случае требование охлаждения становится тем более настоятельным, чем более длинные волны должно воспринимать фотосопротивление. Так, если мы хотим создать прибор, который должен реагировать на волны длиной 10 микронов, фотосопротивление, оптика и вся конструкция прибора должны быть охлаждены до температуры значительно более низкой, чем плюс 15 градусов. В противном случае все они тоже будут излучать энергию примерно на таких же длинах волн и тем самым создавать паразитное излучение, которое может полностью замаскировать полезное. Мы знаем, что тепло, тепловая энергия всегда передается от более нагретого тела к более холодному. Инфракрасные лучи как раз и являются тепловыми лучами, переносящими на расстояние тепловую энергию. Поэтому, если фотосопротивление будет иметь температуру более высокую или равную температуре излучающего тела, уловить такое излучение фотосопротивление не сможет. Новые виды фотосопротивлений охлаждают до температуры минус 200 градусов и ниже.
Уже говорилось, что чувствительность фотосопротивлений очень высока. Но в диапазоне видимого света она все же значительно ниже, чем у глаза. Тем не менее во многих случаях фотосопротивления успешно заменяют глаз человека. Зарубежная пресса сообщает, что на вооружении армий многих стран мира состоят реактивные самонаводящиеся снаряды, а проще – ракеты, которые, увидев цель, самостоятельно, без каких-либо внешних управляющих команд настигают и поражают ее. В таких ракетах часто применяются оптические автоматы самонаведения, где роль глаза, указывающего направление на цель, выполняет фотосопротивление, а частично роль мозга – специальная электронная схема, в которую поступают сигналы с фотосопротивления.
Но не только в военной технике можно применять самонаводящиеся снаряды. Недавно в американском журнале был опубликован проект использования автоматических ракет для тушения лесных пожаров. Этот проект основывается на свойствах фотосопротивлений улавливать инфракрасные лучи, которые обильно излучает любое тело, нагретое до температуры возгорания. Такие автоматические самонаводящиеся ракеты будут помещаться на вышках, построенных в лесных массивах. При возникновении очага пожара ракеты, в поле зрения которых окажется этот очаг, автоматически запустятся и, долетев до места пожара, взорвутся, выпустив при этом большое количество веществ, подавляющих огонь.
Если учесть, что некоторые типы фотосопротивлений в состоянии уловить энергию от огонька сигареты, находящейся на расстоянии до 800 метров, такие ракеты будут неплохими пожарными. Думается, что в лесу, охраняемом такими бдительными сторожами, никто не осмелится курить.
Усилитель света
На основе внешнего фотоэффекта были созданы не только фотоэлемент и фотоумножитель, но и электронно-оптический преобразователь. Теперь нам известно, что, используя внутренний фотоэффект, ученые создали устройства, которые по своим свойствам мало отличаются от фотоэлемента и фотоумножителя. Но нельзя ли, основываясь на том же внутреннем фотоэффекте, создать устройство, сходное с электронно-оптическим преобразователем?
Всего лишь несколько лет назад ученые впервые смогли утвердительно ответить на этот вопрос, создав так называемый усилитель света. Иногда, чтобы подчеркнуть различие с преобразователем, который тоже является усилителем света, новое устройство называют твердым усилителем света, полупроводниковым усилителем света или даже светоусилительной панелью, если размеры экрана усилителя достаточно велики.
Световое усиление, получаемое в твердом усилителе, при использовании в качестве материала для светочувствительной поверхности сернистого кадмия может достигать пятисоткратного, а при использовании принципа каскадности – еще большей величины.
Поскольку основным элементом в твердых усилителях является светочувствительная поверхность, изготовленная из тех же материалов, что и в фотосопротивлениях, можно предположить, что преимущества и недостатки твердых усилителей света будут схожими с преимуществами и недостатками самих фотосопротивлений. И это предположение действительно правильно.
Твердые усилители проще в эксплуатации, более прочны, не требуют для своей работы очень высоких напряжений. Они позволяют получать изображения в более широком диапазоне световых волн. Некоторые типы преобразователей очень чувствительны к рентгеновским лучам. Применение светоусилительных панелей в рентгеноскопии намного сократит дозы вредного облучения пациента и врача. В то же время осмотр будет более легким, так как изображение получается значительно более ярким, чем на теперешних экранах, применяемых в рентгеновских установках. Другие типы твердых усилителей чувствительны к инфракрасным лучам, длины волн которых лежат за пределами чувствительности электронно-оптических преобразователей.
Один из важнейших недостатков фотосопротивлений – их инерционность. В современных твердых усилителях она особенно сказывается. Проявляется она таким же образом, как и инерционность глаза, – в виде последовательных образов (положительных и отрицательных, в зависимости от условий). В жизни последовательные образы редко мешают нам и мы даже не замечаем их. Но последовательные образы в твердых усилителях проявляются неизмеримо заметнее. Они бывают очень яркими и сохраняются в течение довольно долгого времени: объект может уже исчезнуть, а на экране твердого усилителя он по-прежнему будет виден. Поэтому твердые усилители пока используют только для наблюдения неизменных или очень медленно меняющихся изображений. Надо надеяться, что со временем этот недостаток полупроводниковых усилителей света будет устранен. Но удастся ли при этом сохранить столь высокую чувствительность, сказать пока еще трудно.
Фабрика электричества
До сих пор речь шла о таких фотоэлементах, которые пропускают через себя ток, проводят его под воздействием света, но только в том случае, если к ним подключен источник напряжения: батарея, выпрямитель и тому подобное. Сами по себе эти фотоэлементы не отдавали тока во внешнюю цепь при освещении светом любой интенсивности.
Но, оказывается, есть фотоэлементы и с иными свойствами. Под воздействием света они отдают во внешнюю цепь ток, пропорциональный падающему световому потоку, без помощи внешних источников электрической энергии. Фотоэлементы такого типа сами являются источниками электрической энергии. Они вырабатывают ее из лучей падающего света и таким образом являются преобразователями световой энергии в электрическую.
До недавнего времени такие фотоэлементы изготавливались только из селена. О них хорошо знают фотолюбители, потому что в электрических фотоэкспонометрах как раз и применяются селеновые фотоэлементы. Но они являются очень плохими преобразователями энергии, их коэффициент полезного действия крайне мал, и поэтому они непригодны для получения сравнительно больших количеств электрической энергии.
В последние годы ученые всего мира напряженно трудились над созданием высокоэффективных преобразователей энергии солнечного света. Такие преобразователи часто называют солнечными элементами. Для их изготовления используют новые материалы полупроводниковой техники. Особенно больших успехов в создании высокоэффективных солнечных батарей добились советские ученые, которыми руководил недавно скончавшийся выдающийся деятель науки академик А. Ф. Иоффе. Коэффициент полезного действия солнечных элементов уже достаточен для того, чтобы их можно было применять в качестве источников электрической энергии для питания различных электрических и электронных устройств на спутниках Земли и на межпланетных станциях.
О том, как работают фотоэлементы подобного рода, невозможно здесь рассказать. Процессы, происходящие в кристалле полупроводника, используемого для создания солнечных элементов, очень сложны, и даже ученые поняли их достаточно полно совсем недавно. Для того чтобы их описать, пришлось бы предварительно рассказывать о многих важных физических понятиях, существующих в физике полупроводников. Суть же работы солнечных элементов сводится к тому, что ученые и инженеры нашли способы заставить освобождающиеся под воздействием света носители заряда двигаться не хаотически в самых разнообразных направлениях, а только в одном.
Тайна шифра
Вы, конечно, прекрасно представляете себе, как передаются телеграфные сообщения с помощью азбуки Морзе. Независимо от того, используется ли связь по проводам или по радио, оператор преобразует текст сообщения, каждую его букву, каждый знак в комбинацию электрических посылок различной длительности. В зависимости от скорости передачи длительность их меняется. Чем выше скорость передачи, тем она короче. Но при любой скорости передачи остается неизменным соотношение длительности посылок; тире длится в строго определенное количество раз дольше точки.
С помощью азбуки Морзе можно легко передать любое текстовое или цифровое сообщение. Но не всякое сообщение, не всякие сведения можно непосредственно выразить словами или цифрами. Очень много сведений, или, как говорят, информации, не поддаются вполне точному, адекватному переводу в слова. К разряду такой информации относятся сведения, содержащиеся в рисунках, фотографиях, чертежах.
Каким же путем можно передавать на большие расстояния подобную информацию? Неужели только по старинке – по почте? К счастью, изобретатели нашли способы передачи изображений с помощью электрических сигналов по проводам или по радио. Но если текстовые и цифровые сообщения преобразовывались в электрические сигналы с помощью зрения, мозга и руки человека, то преобразование изображений в электрические сигналы подобным же образом чрезвычайно трудоемко и не может быть использовано на практике.
Но все же стоит внимательно разобраться в том, какими путями можно передать изображение, пользуясь методами обычной телеграфии.
Представьте себе, что требуется передать изображение поверхности, разбитой на перемежающиеся черные и белые квадраты, точь-в-точь, как на шахматной доске. Глядя на изображение такой поверхности, мы легко придумаем первый, самый простой способ его передачи. Он будет состоять в том, что с помощью азбуки Морзе и обычного телеграфа (или радиотелеграфа) мы передадим оператору, находящемуся на приемном пункте, что изображение похоже на шахматную доску, что оно состоит из совершенно белых и совершенно черных квадратов, и после этого начнем передавать сведения о каждом из них.
Шахматная доска.
Те, кто играет в шахматы или хотя бы в «Морской бой», сразу поймут, как это проще всего сделать: а1 – черный, сЗ – черный, е8 – белый и так далее, пока не будут переданы сведения обо всех 64 квадратах.
Но такой способ передачи беспорядочен, а потому сложен и может привести к ошибкам. Не представляет труда значительно упростить передачу, если сообщать данные о цвете клеток не вразброс, а по порядку – сперва о первом ряде клеток (о первой строке) слева направо, потом о втором ряде (о второй строке), и так далее. В этом случае после расшифровки сообщение будет выглядеть следующим образом:
a1 – черный, b1 – белый, c1 – черный, d1 – белый и так далее.
a2 – белый, b2 – черный, с2 – белый, d2 – черный и так далее.
a8 – белый, b8 – черный, с8 – белый, d8 – черный и так далее.
…
Вы видите, что при передаче данных таким способом в каждой строке восемь раз повторяется один и тот же знак – цифра, обозначающая порядковый номер строки. Для экономии времени передачи и сокращения излишних знаков, не содержащих новой информации, следует передавать эту цифру один раз. Мы как бы вынесем ее за скобку, поставив перед началом строки. Но и это еще далеко не предел для упрощения. Мы можем раз и навсегда договориться с принимающим телеграфистом, что вообще не будем передавать слова «белый» и «черный». Для краткости вместо слова «белый» будем посылать знак «тире» (—), а вместо «черный» совсем не будем посылать никаких сигналов, просто сделаем перерыв длительностью в одно «тире». Такое отсутствие сигнала тоже, по существу, является сигналом совершенно определенного смысла.
После выполнения всех условий наша депеша значительно сократится в объеме, не потеряв при этом ни одного полезного сведения, и будет выглядеть следующим образом:
1ab – сd – еf – gh.
2а – bс – dе – fg – h.
…
8a – bc – de – 1g – h.
Таким образом мы получили некое закодированное сообщение, которое телеграфист может без труда расшифровать, так как ключ к коду мы сообщили ему при предварительных переговорах. Но и такой код все-таки еще очень сложен. Вполне доступно еще более упростить его, если вспомнить, что порядок передачи принят строго определенным и неизменным: сперва передаются данные о цвете квадратов на первой строке по порядку слева направо, потом о квадратах второй строки и опять же в том же порядке, слева направо, и так далее.
Помня об этом, мы вообще можем не передавать ни буквенных обозначений квадратов, ни номеров строк, а лишь отмечать особым сигналом (пусть это будет «п») начало каждой строки и общее начало закодированного сообщения (ну хотя бы знаком «П»). Тогда наше сообщение, не потеряв интересующих нас сведений, упростится еще более:
Пп0 – 0–0 – 0.
п – 0–0 – 0–0.
…
п – 0–0 – 0–0.
В этом сообщении нулем условно показано отсутствие сигнала, означающее черную клетку. Обратите, пожалуйста, внимание на то, что при таком способе кодирования можно, не пользуясь ни цифровыми, ни буквенными обозначениями, передавать данные о любом количестве квадратов в каждой из строк и о любом количестве строк. Если бы мы оставили буквенные обозначения квадратов, то не могли бы передать данные о числе квадратов в строке, большем числа букв в алфавите. А в данном случае этих квадратов может быть хоть тысяча в строке.
Итак, с помощью простейшего кода удается передавать некоторые простейшие изображения, состоящие из чередования черных и белых квадратиков. Но многие изображения (не говоря уже о цветных) содержат в себе не только белый и черный цвета, но и различные оттенки серого. Передача таких изображений значительно усложнится. Передающему оператору придется оценивать степень почернения каждого квадратика и сообщать о ней с помощью особого знака. Глаз человека различает 300 оттенков в ахроматической гамме. И, следовательно, понадобится 300 специальных знаков. Фактически такого количества оттенков передавать не требуется.
Чем больше число клеток, на которые разбивается изображение, тем большее количество деталей можно будет различить.
Даже очень хорошее изображение можно получить, передавая гораздо меньшее их количество. В некоторых случаях допускается всю гамму серых цветов делить всего на восемь градаций. Тогда понадобится уже не 300, а всего восемь специальных знаков. Однако и в этом случае передать изображение очень трудно, тем более, что глаз, умея различать такое множество оттенков, не может в то же время определять абсолютную степень почернения, глядя на какой-нибудь один участок. Но, если бы глаз и умел это делать или самостоятельно, или с помощью какого-либо прибора, время на передачу даже простейшего изображения потребовалось бы огромное.
И, конечно, таким способом никто и никогда не передает изображений. Медлительные глаз, рука и мозг человека непригодны для этих целей. Зато фотоэлемент как нельзя лучше подходит для преобразования изображений в электрические сигналы. Он безошибочно и практически мгновенно преобразует различные степени почернения в соответствующий по величине ток.
Что же касается принципа кодирования и передачи, он останется тем же самым, только вместо условных знаков будут передаваться электрические сигналы, величина которых пропорциональна яркости каждого из квадратиков. Чем квадратик светлее, тем больше ток, тем больше сигнал. Кроме этих сигналов, разумеется, будут передаваться сигналы, отмечающие начало сообщения и начало каждой из строк его.
Возьмем фотоэлемент и будем равномерно передвигать его слева направо вдоль строк нашего изображения. Когда он будет находиться над белым квадратом, ток будет наибольшим; над черным квадратом фотоэлемент совсем не будет проводить тока. На приемном конце должен быть другой прибор, автоматически преобразующий электрические сигналы в пропорциональный по яркости свет. В качестве такого прибора можно использовать газосветную лампу, в частности лампу, наполненную неоном. Неоновая лампа горит тем ярче, чем больший ток протекает через нее. Следовательно, она будет гореть наиболее ярко, когда фотоэлемент находится над белым квадратом, и совсем погаснет, когда он будет над черным.
С помощью специальных устройств можно сделать так, что фотоэлемент на передающей стороне и лампа на приемной стороне будут перемещаться строго одинаково и в соответствии с принятым порядком передачи данных: слева направо по строке и в порядке следования строк. Тогда, подложив под фотоэлемент изображение, а под неоновую лампу– лист фотобумаги, мы получим на нем по-разному засвеченные участки. Все вместе они составят изображение. Изображение будет тем более четким, чем мельче были квадратики, на которые мы разбили его, или, иначе говоря, чем больше количество квадратиков, на которые разбивается одно и то же изображение, тем четче изображение. Понятно также, что, чем больше квадратиков, тем большее время понадобится и на их передачу, если не принять специальных мер.
Таков принцип. Но практически фототелеграф действует иначе.
Передаваемое изображение накладывается на барабан, который медленно и строго равномерно вращается во время передачи изображения. С помощью линз изображение фокусируется на фотоэлемент. Он остается неподвижным, а вместо него по строкам изображения с равномерной и строго определенной скоростью перемещается тоненький, как иголка, и очень яркий луч света. Упав на поверхность изображения, он отразится от него в фотоэлемент. Отраженный свет будет интенсивным, если точка, на которую в данный момент падает луч, светлая, и будет слабым, если точка темная. В соответствии с изменением количества отраженного света будет изменяться и ток через фотоэлемент, по мере того как луч будет обегать всю поверхность изображения. Ток усиливается с помощью электронного усилителя и посылается по проводу на приемный пункт.
Луч света движется строго в соответствии с установленным нами порядком– вдоль изображения, слева направо. Когда он доходит до края изображения, он очень быстро (почти мгновенно) возвращается к началу пути, и в это время посылается сигнал начала новой строки. Возвратившись к началу пути, луч не пойдет вновь по старой строке. За время прохождения лучом предыдущей строки и его возвращения к исходному положению барабан с наложенным на него изображением успеет повернуться точно на ширину одной строки, равную высоте сечения светового луча, и луч света пойдет по новой строке.
На приемной стороне тоже имеется барабан. Как и на передающей стороне, он находится в полной темноте. Вращается он строго одинаково с первым барабаном. На приемном барабане помещают лист фотобумаги и направляют на него сфокусированный тончайший луч света от неоновой лампы. Движение этого луча также точнейшим образом согласовано с движением луча на передающей стороне. Разница же заключается в том, что луч света на передающей стороне имеет строго неизменную яркость, а на приемной – яркость луча меняется в соответствии с поданными на неоновую лампу сигналами.
