"Войсковая сигнализация" - читать интересную книгу автора (Фейгин А. Л.)

Область инфракрасных лучей можно разделить на три части:
Первая, простирающаяся от наиболее длинных волн-от 343 до 150 р.,-мало исследована и пока практического применения не имеет.
Вторая - от 150 до 10-9р. - хотя и исследована, но технически мало освоена, так как эти лучи в чрезвычайно большой степени поглощаются в атмосфере.
Наконец, третья часть с длинами волн от 9 р. до видимой части спектра (0,76 р.) представляет собой область лучей, довольно свободно распространяющихся в атмосфере и излучающихся доступными источниками.
Для целей оптической связи используется участок, наиболее близко примыкающий к видимой части спектра,- от 1,5 до 0,76 р.. Это объясняется, с одной стороны, тем, что современные фотоэлементы наиболее эффективно реагируют на лучи с длиной волны до 1,4 р., а с другой - тем, что современные светофильтры являются проницаемыми только для лучей, длина волны которых не превосходит 2,4 р..
Лежащие по другую сторону видимого спектра ультрафиолетовые лучи широкого применения для целей связи не получили, хотя использование их не исключено.
Это объясняется целым рядом затруднений в работе с ними, из которых основными являются:
а) значительно большее поглощение ультрафиолетовых лучей в атмосфере и при прохождении через оптические стекла;
б) максимальное излучение ультрафиолетовых лучей требует температуры тела накаливания в 8000°, в то время как максимальное излучение инфракрасных лучей происходит уже при температуре "в 2000°;
в) работа с ультрафиолетовыми лучами требует применения специальных, редких сортов стекла для оптической части приборов, а также применения специальных источников излучения, как ртутные дуги, кварцевые лампы и т. п., в то время как для работы инфракрасными лучами служит обычная газонаполненная лампа накаливания.
Требования к оптической части приборов оптического телефонирования
Лучистая энергия, излучаемая источником, распространяется во все стороны, и по мере удаления от источника концен-
110
трация лучей становится все менее и менее плотной. Плотность светового потока, распространяющегося в идеальной среде, уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния.
Помимо этого, часть светового потока поглощается в атмосфере, причем степень этого поглощения зависит от ряда условий (наличие снега, дождя, тумана, дыма, копоти и т, п.), в зависимости от которых она имеет различные коэфициенты.
Атмосфера, даже будучи совершенно чистой, поглощает лучистую энергию; эта потеря энергии определена законом Рэлея: "количество рассеянной энергии обратно пропорционально четвертой степени длины волны света".
Присутствие водяных капель в виде тумана или дождя, дыма, пыли и пр. создает с свою очередь потери энергии вследствие преломления и поглощения ее внутри рассеянных в атмосфере частиц. Наличие большого количества посторонних частиц, в атмосфере сказывается настолько резко, что закон Рэлея в этих случаях становится недействительным, так как в ряде случаев потери энергии могут расти даже с увеличением длины волны; строгой закономерности поглощения для атмосферы, сильно загрязненной или насыщенной влагой, не установлено.
Особенно большое влияние на степень поглощения лучистой энергии оказывает влага в виде дождя и тумана. Опыты показывают, что наиболее сильные потери в этих условиях претерпевают ультрафиолетовые лучи, несколько менее - видимые лучи спектра и наименьшие - инфракрасные лучи. Проницаемость лучей возрастает по мере увеличения длины их волны.
Плотность тумана, разумеется, может быть настолько сильной, что даже инфракрасные лучи будут иметь огромные потери, но рядом опытов подтверждается, что модулированные инфракрасные лучи достаточно хорошо принимаются при тумане, не проницаемом для глаз.
Все сказанное показывает, насколько сложным является прием столь незначительной освещенности приемным аппаратом, с тем чтобы превратить ее в электрические колебания. А так как современные фотоэлементы имеют свой предел чувствительности, то в аппаратах оптического телефонирования необходимо применять оптические системы, обеспечивающие максимальную освещенность фотоэлемента приемника.
Основанием оптической системы могут служить как зеркала, так и линзы; не исключается возможность также и комбинирования обеих систем.
Зеркала могут применяться: по форме - сферические (участок шаровой поверхности) и параболические, а по материалу - стеклянные и металлические.
Сферические зеркала проще в производстве, но дают значительное рассеивание и сферическую аберрацию, а потому уступают по качеству параболическим.
Стеклянные зеркала амальгамируются с обратной (выпуклой) стороны, а потому световые лучи, отражающиеся от амальгамированного слоя, должны дважды проходить слой стекла, причем
111
определенная часть лучистой энергии теряется за счет поглощения. Величина коэфициента поглощения зависит от сорта стекла, от угла падения лучей и от их цвета; в частности для инфракрасных лучей с длиной волны от 0,76 до 1,4 ^ коэфлциент поглощения равен 4% на 1 см толщины стекла.
Металлические зеркала не дают потерь на поглощение, так как отражение происходит от их внутренней поверхности, но зато их отражающий слой (позолота или серебрение) крайне неустойчив и легко подвергается потускнению и порче. Исключение составляют только хромированные зеркала, но зато они .дают потери за счет различной спектральной отражательной способности металлов.
Линзовая оптическая система также имеет свои недостатки, из которых главными являются: поглощение лучистой энергии в толще стекла, равное, в частности, для инфракрасных лучей около 3,8% на 1 см слоя, и возможность хроматической аберрации (лучи разной длины фокусируются не в одной точке).
Необходимость максимальной концентрации световых лучей заставляет избирать для приборов оптического телефонирования длиннофокусные линзы, а необходимость увеличить мощность сбетового потока - линзы большого диаметра. В существующих системах оптических телефонов применяются линзы диаметром от 100 до 300 мм с фокусными расстояниями от 100 до 500 мм.
Увеличение диаметра линзы при неизменном фокусном расстоянии ведет к утолщению линзы и к увеличению потерь лучистой энергии в толще стекла; при увеличении фокусного расстояния толщина линзы уменьшается.
Степень концентрации светового луча зависит, однако, не только от размеров линзы и ее фокусного расстояния, но также и от размеров источника света.
Угол расхождения луча ос, диаметр тела накаливания d и фокусное расстояние / связаны зависимостью:
sin a:
/
Таким образом, следующим необходимым этапом улучшения оптической системы аппаратов оптического телефонирования является предельное уменьшение диаметра источника света.
Весьма характерным в этом отношении является оптический телефон Цейса, в котором благодаря малым размерам нити накала электрической лампочки и длиннофокусности линзы (d = = 130 мм при / = 400 мм} достигнут угол расхождения лучей всего 0,3°, что дает прибору дальность действия 8 км при лампочке мощностью только в 10 вт.
Таким образом, оптическая часть аппаратов оптического телефонирования должна удовлетворять следующим условиям:
а) возможно большее отношение между диаметрами линзы и источника света;
б) угол рассеивания светового потока должен быть не более 0,5°;
№
в) наименьшее поглощение световых лучей в толще стекла линзы;
г) точная установка источника света в фокусе линзы (или зеркала);
д) в случае применения вместо линз зеркал последние должны обладать максимальным коэфициентом отражения.
<р>
Системы модуляции
Для передачи световыми лучами телеграфных сигналов или звуков человеческой речи необходимо создать такие колебания интенсивности света, которые соответствовали бы изменениям (колебаниям) тока в цепи ключа или микрофона передатчика.
Эти колебания называются модулированными, а приспособления, их создающие, - модуляционными устройствами, или системами модуляции.
В простейшем виде схема модуляции светового луча представлена на рис. 120.
Рис. 120. Простейшая принципиальная схема модуляции светового луча: / - источник света; 2 - линза передающей станции; 3 - микрофон; 4 - линза приемной станции; 5- фотоэлемент; 6 - телефон.
Источник света 1, находящийся в главном фокусе линзы 2 (или зеркала), включен в цепь батареи и микрофона 3.