Сергей Суворов - О чем рассказывает свет
В естественных преобразователях света — люминесцентных веществах — преобразуется свет с длиной волны более короткой, чем у видимого, в свет видимый. Однако практические потребности выдвигают задачу преобразований иного рода, а именно, длинноволновых излучений — в видимый свет. Такая потребность возникает в тех случаях, в которых излучение используется как передатчик какой-либо информации, которую он несет издалека, проходя при этом сквозь толщу атмосферы, и которую надо в пункте приема превратить в зрительный образ. Ультрафиолетовое излучение в качестве передатчика информации в этом случае не годится, оно относительно быстро поглощается атмосферой. Напротив, инфракрасное (или же радио-) излучение атмосферой мало или вовсе не поглощается. Отсюда и возникает задача найти способ преобразования длинноволнового (малочастотного) света в свет видимый, с меньшей длиной волны.
Задача эта существенно отличается от рассмотренной ранее. Ранее задача была проще. В самом деле, частота любых ультрафиолетовых (и тем более рентгеновских) излучений больше частоты видимого света. В силу этого и энергия фотона ультрафиолетового света больше энергии фотона видимого света. Энергии фотона ультрафиолетового света хватает с избытком для такого возбуждения молекулы люминесцентного вещества, которое в последующем приводит к испусканию фотонов видимого света (с меньшей энергией). Не то в случае задачи преобразования инфракрасного излучения в видимый свет. Частота, а стало быть, и энергия фотона инфракрасного излучения меньше частоты и энергии фотона видимого света. Энергии фотона инфракрасного излучения недостаточно для такого возбуждения молекулы вещества, которое привело бы в последующем к испусканию ею фотона видимого света. Значит, если мы хотим, чтобы инфракрасные излучения преобразовывались в видимый свет, необходимо создать источник добавочной энергии.
Электронно-оптические преобразователи света
Опишем кратко один из способов преобразования инфракрасного света в видимый, с помощью так называемых электронно-оптических преобразователей.
На рис. 43 дана простейшая схема такого преобразователя. Он представляет собой стеклянный стакан с двойными стенками и дном. На внутреннюю стенку наружного дна нанесен полупрозрачный серебряноцезиевый слой АА — это фотокатод. Напротив фотокатода на внутреннем донышке нанесен флуоресцирующий (светящийся под ударами электронов) экран ББ.
Рис. 43. Схема простейшего электронно-оптического преобразователя: АА — полупрозрачный серебряноцезиевый слой; ББ — флуоресцирующий экран
Когда на фотокатод АА упадет слева инфракрасное изображение предмета, из каждого его участка будут вырываться электроны. Иначе говоря, каждый участок фотокатода станет источником электронного луча. Интенсивность этого луча будет тем больше, чем интенсивнее («ярче») инфракрасный свет, падающий на этот участок, т. е. чем больше на него падает фотонов инфракрасного света. Вся же совокупность электронных лучей, испускаемых всей плоскостью фотокатода АА, будет в точности повторять световые контрасты инфракрасного изображения. Мы можем сказать, что с помощью фотокатода инфракрасное изображение преобразовалось в электронное изображение.
Чтобы получить из электронного изображения вновь оптическое, но уже видимое изображение, нужно все излученные фотокатодом электроны снабдить добавочной энергией и направить их на флуоресцирующий экран ББ, притом так, чтобы электронное изображение не искажалось при перелете электронов от АА к ББ, т. е. чтобы электроны летели не как попало, а параллельно, перенося изображение на экран ББ. Это достигается тем, что между фотокатодом АА и экраном ББ создается высокое напряжение, ускоряющее электроны в сторону экрана. Это и есть тот добавочный источник энергии, о необходимости которого говорилось выше.
Упав на экран ББ, каждый электронный луч создает на нем светящееся видимым светом пятно. Интенсивность каждого светящегося пятна будет соответствовать интенсивности падающего электронного луча, тем самым к интенсивности инфракрасного света того участка фотокатода, из которого вышел данный электронный луч. На флуоресцирующем экране в целом будет воспроизводиться оптическое изображение, но оно будет уже в видимом свете.
Так с помощью электронно-оптических преобразователей невидимые инфракрасные изображения предметов преобразуются в видимые.
Преобразование света и новейшая радиотехника
Создание электронно-оптических преобразователей показало возможность преобразовывать излучения не только в сторону меньшей частоты (меньшей энергии фотонов), но и в сторону большей частоты (большей энергии фотонов). Электронно-оптические преобразователи играют важную роль в использовании инфракрасных излучений для видения в ночное время (в военном деле), для наблюдений в инфракрасном свете астрономических объектов и органических систем (например, клеток), многие детали которых в видимом свете не могут быть наблюдаемы. Не менее важно и то, что они показали пути технического решения задачи передачи изображений с помощью радиоизлучений, т. е. телевидения.
В телевидении применяются так называемые электронно-лучевые трубки — кинескопы, в которых, как и в электронно-оптических преобразователях, используется в качестве звена преобразований электронный луч. Но только в кинескопах, на флуоресцирующий экран падает не множество параллельных электронных лучей, как в электронно-оптическом преобразователе, а только один луч, но зато подвижный. Интенсивность этого луча непрерывно изменяется; она управляется по радио с телевизионной станции и в каждый момент точно соответствует световой интенсивности того участка картины, который воспринимается телеаппаратурой. Электронный луч на экране кинескопа быстро рисует «строку за строкой», оставляя в каждом участке экрана световые пятна различной интенсивности. Эти световые пятна сохраняются в глазу все то время, пока электронный луч заполняет ими весь экран. В результате зритель воспринимает на экране телевизора целостную картину, соответствующую той картине, которую снимает съемочная аппаратура телепередатчика.
Электронно-лучевые трубки применяются также в радиолокации, в электронных микроскопах, с помощью которых можно наблюдать даже некоторые молекулы.
Овладев законами спектрального преобразования света, человек чрезвычайно расширил свою власть над природой.
Свет и освоение космоса
Величие задачи и роль света в ее решении
Освоение человеком космоса стало актуальной проблемой современности. Советский Союз выступает пионером этого освоения. Со времени запуска первого в мире спутника Земли прошло только пять лет. Это короткий срок и для жизни одного поколения. А за этот срок в деле освоения космоса достигнуты изумительные успехи. Значительно продвинуто вперед исследование околоземного космического пространства, физических условий в нем. В вечное путешествие вокруг Солнца отправилась первая искусственная планета с советским государственным гербом. Первый предмет земного происхождения — советский вымпел — доставлен на Луну. Сфотографирована и впервые стала известной человечеству обратная сторона Луны. Затем побывали в космосе и вернулись на Землю невредимыми животные организмы, в том числе собаки. Наконец, в космос впервые отправились и в полном благополучии вернулись на Землю люди — сначала Гагарин и Титов, а потом в групповом многодневном полете — Николаев и Попович, Быковский и Терешкова.
Освоение космоса, полеты к Венере и Марсу — это очень важная, научно-техническая проблема. Это — начало новой эры научно-технического развития, когда человек, прорвавшись сквозь земную атмосферу и преодолев земное тяготение, получает более широкие возможности исследования, а в будущем и использования, неограниченных энергетических ресурсов Вселенной. Задача освоения космоса не случайно стала реальной именно в наше время, ибо она возможна лишь на базе определенных социальных и научно-технических достижений. Нет другого такого научно-технического предприятия, в котором бы так тесно сливались воедино и целеустремленный план и организация его выполнения, и высокий научно-технический и промышленный уровень страны, и непревзойденная квалификация ее рабочих, инженерных и научных кадров. И это ясно всем, как ясны и гигантские масштабы вовлеченных в это предприятие заводов, научных институтов, людей и средств.
С другой стороны, нет другого такого научно-технического предприятия, выполняемого в целях общего прогресса человечества, за результатами которого с глубоким волнением и полным пониманием величия совершаемого могли бы одновременно следить сотни миллионов людей во всем мире. Именно поэтому в их сознание неизбежно и все глубже проникает идея о том, что социалистический строй является носителем научного и социального прогресса.
