Fotófono - Photophone

Una placa histórica en el lateral de la Escuela Franklin en Washington, DC, que marca uno de los puntos desde los que se demostró el fotófono.

Un diagrama de uno de los artículos de Bell de 1880

El fotófono es un dispositivo de telecomunicaciones que permite la transmisión de voz en un haz de luz . Fue inventado conjuntamente por Alexander Graham Bell y su asistente Charles Sumner Tainter el 19 de febrero de 1880, en el laboratorio de Bell en 1325 L Street en Washington, DC Ambos se convertirían más tarde en asociados de pleno derecho en la Asociación de Laboratorios Volta , creada y financiada por Bell.

El 3 de junio de 1880, el asistente de Bell transmitió un mensaje telefónico de voz inalámbrico desde el techo de la Escuela Franklin hasta la ventana del laboratorio de Bell, a unos 213 metros (unos 700 pies) de distancia.

Bell creía que el fotófono era su invento más importante . De las 18 patentes otorgadas solo a nombre de Bell, y las 12 que compartió con sus colaboradores, cuatro eran para el fotófono, al que Bell se refirió como su "mayor logro", y le dijo a un reportero poco antes de su muerte que el fotófono era "el mejor invención [que yo he hecho] jamás, más grande que el teléfono ".

El fotófono fue un precursor de los sistemas de comunicación por fibra óptica que alcanzaron un uso popular en todo el mundo a partir de la década de 1980. La patente maestra del fotófono ( Patente de los Estados Unidos 235.199 Aparato de señalización y comunicación, llamado Fotófono ) se emitió en diciembre de 1880, muchas décadas antes de que sus principios llegaran a tener aplicaciones prácticas.

Diseño

Un receptor de fotófono y auriculares, la mitad del sistema de telecomunicaciones ópticas de Bell y Tainter de 1880

El fotófono era similar a un teléfono contemporáneo, excepto que utilizaba luz modulada como medio de transmisión inalámbrica, mientras que el teléfono dependía de la electricidad modulada transportada por un circuito de cables conductores .

La propia descripción de Bell del modulador de luz:

Hemos descubierto que la forma más simple de aparato para producir el efecto consiste en un espejo plano de material flexible contra cuya parte posterior se dirige la voz del hablante. Bajo la acción de la voz, el espejo se vuelve alternativamente convexo y cóncavo y, por lo tanto, dispersa y condensa la luz alternativamente.

El brillo de un rayo de luz reflejado, según se observa desde la ubicación del receptor, por lo tanto variaba de acuerdo con las variaciones de audiofrecuencia en la presión del aire (las ondas sonoras) que actuaban sobre el espejo.

En su forma inicial, el receptor de fotófono también era no electrónico, utilizando el efecto fotoacústico . Bell descubrió que muchas sustancias podrían usarse como transductores directos de luz a sonido. Lampblack resultó ser excepcional. Utilizando un rayo de luz solar completamente modulado como señal de prueba, un diseño de receptor experimental, que empleaba sólo un depósito de negro de lámpara, produjo un tono que Bell describió como "dolorosamente fuerte" en un oído presionado cerca del dispositivo.

En su forma electrónica definitiva, el receptor de fotófono usaba un fotodetector de celda de selenio simple en el foco de un espejo parabólico. La resistencia eléctrica de la celda (entre aproximadamente 100 y 300 ohmios ) variaba inversamente con la luz que incidía sobre ella, es decir, su resistencia era mayor cuando estaba tenuemente iluminada, menor cuando estaba muy iluminada. La celda de selenio reemplazó a un micrófono de carbono, también un dispositivo de resistencia variable, en el circuito de lo que de otro modo era esencialmente un teléfono ordinario, que constaba de una batería, un auricular electromagnético y la resistencia variable, todos conectados en serie. El selenio moduló la corriente que fluía a través del circuito, y la corriente fue convertida nuevamente en variaciones de presión de aire (sonido) por el auricular.

En su discurso ante la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia en agosto de 1880, Bell dio crédito por la primera demostración de transmisión de voz por luz al Sr. AC Brown de Londres en el otoño de 1878.

Debido a que el dispositivo utilizaba energía radiante , el científico francés Ernest Mercadier sugirió que la invención no debería llamarse 'fotófono', sino 'radioteléfono', ya que sus espejos reflejaban la energía radiante del Sol en múltiples bandas, incluida la banda infrarroja invisible . Campana utiliza el nombre por un tiempo, pero no debe ser confundida con la invención más adelante " radioteléfono " que se usa ondas de radio .

Primeras comunicaciones de voz inalámbricas exitosas

Ilustración de un transmisor de fotófono, que muestra la trayectoria de la luz solar reflejada, antes y después de ser modulada

Ilustración de un receptor de fotófono, que muestra la conversión de luz modulada en sonido, así como su fuente de energía eléctrica (P)

Mientras estaba de luna de miel en Europa con su novia Mabel Hubbard , Bell probablemente leyó sobre la propiedad recién descubierta del selenio que tiene una resistencia variable cuando actúa sobre la luz, en un artículo de Robert Sabine publicado en Nature el 25 de abril de 1878. En sus experimentos, Sabine Usé un medidor para ver los efectos de la luz que actúa sobre el selenio conectado en un circuito a una batería. Sin embargo, Bell razonó que al agregar un receptor de teléfono al mismo circuito, podría escuchar lo que Sabine solo podía ver.

Como el antiguo asociado de Bell, Thomas Watson , estaba completamente ocupado como superintendente de fabricación de la naciente Bell Telephone Company en Boston, Massachusetts, Bell contrató a Charles Sumner Tainter , un fabricante de instrumentos que había sido asignado previamente a la Comisión de Tránsito de Venus de 1874 de EE. UU. , para su nuevo laboratorio 'L' Street en Washington , a razón de $ 15 por semana.

El 19 de febrero de 1880, la pareja había logrado hacer un fotófono funcional en su nuevo laboratorio uniendo un juego de rejillas metálicas a un diafragma, con un haz de luz interrumpido por el movimiento de las rejillas en respuesta a los sonidos hablados. Cuando el haz de luz modulado cayó sobre su receptor de selenio, Bell, en sus auriculares, pudo escuchar claramente a Tainter cantando Auld Lang Syne .

En un experimento del 1 de abril de 1880 en Washington, DC , Bell y Tainter comunicaron unos 79 metros (259 pies) a lo largo de un callejón hasta la ventana trasera del laboratorio. Luego, unos meses más tarde, el 21 de junio, lograron comunicarse claramente a una distancia de unos 213 metros (unos 700 pies), utilizando la luz solar como fuente de luz, iluminación eléctrica práctica que Edison acababa de introducir en los EE . UU . El transmisor en sus últimos experimentos tenía la luz del sol reflejada en la superficie de un espejo muy delgado colocado al final de un tubo parlante; a medida que se pronuncian las palabras, hacen que el espejo oscile entre convexo y cóncavo, alterando la cantidad de luz reflejada desde su superficie hacia el receptor. Tainter, quien estaba en el techo de la Escuela Franklin , habló con Bell, quien estaba en su laboratorio escuchando y quien le indicó a Tainter agitando su sombrero vigorosamente desde la ventana, como se le había pedido.

El receptor era un espejo parabólico con células de selenio en su punto focal. Realizada desde el techo de la Escuela Franklin hasta el laboratorio de Bell en 1325 'L' Street, esta fue la primera comunicación telefónica inalámbrica formal del mundo (lejos de su laboratorio), lo que convirtió al fotófono en el primer sistema telefónico inalámbrico de voz conocido del mundo , al menos 19 años antes de las primeras transmisiones de ondas de radio habladas. Antes de que Bell y Tainter hubieran concluido su investigación con el fin de pasar al desarrollo del grafófono , habían ideado unos 50 métodos diferentes para modular y demodular haces de luz para telefonía óptica.

Recepción y adopción

El teléfono en sí era todavía una novedad y la radio estaba a décadas de comercializarse. La resistencia social a la forma de comunicación futurista del fotófono se puede ver en un comentario del New York Times de agosto de 1880 :

El hombre común ... encontrará un poco de dificultad para comprender cómo se deben usar los rayos del sol. ¿Tiene el profesor Bell la intención de conectar Boston y Cambridge ... con una línea de rayos de sol colgados en postes de telégrafo , y, de ser así, qué diámetro deben tener los rayos de sol ... [y] será necesario aislarlos contra el clima ... hasta que (el público) vea a un hombre caminando por las calles con una bobina de rayos de sol No. 12 en su hombro, y suspendiéndolos de un poste a otro, habrá una sensación general de que hay algo en el profesor Bell fotófono que ejerce una tremenda presión sobre la credulidad humana.

Sin embargo, en el momento de su avance en febrero de 1880, Bell estaba inmensamente orgulloso del logro, hasta el punto que quiso nombrar a su nueva segunda hija "Fotófono", que fue sutilmente desanimado por su esposa Mabel Bell (en su lugar eligieron "Marian" , con "Daisy" como apodo ). Escribió con cierto entusiasmo:

¡He escuchado el habla articulada a la luz del sol! ¡He escuchado a un rayo de sol reír, toser y cantar! ... He podido oír una sombra e incluso he percibido de oído el paso de una nube por el disco del sol. Usted es el abuelo del fotófono y quiero compartir mi alegría por mi éxito.

-  Alexander Graham Bell , en una carta a su padre Alexander Melville Bell , fechada el 26 de febrero de 1880

Bell transfirió los derechos de propiedad intelectual del fotófono a la American Bell Telephone Company en mayo de 1880. Aunque Bell había esperado que su nuevo fotófono pudiera ser utilizado por barcos en el mar y también desplazar la plétora de líneas telefónicas que florecían a lo largo de los concurridos bulevares de la ciudad, su diseño no protegió sus transmisiones de interferencias externas como nubes, niebla, lluvia, nieve y demás, que fácilmente podrían interrumpir la transmisión de luz. Factores como el clima y la falta de luz inhibieron el uso del invento de Bell. Poco después de su invención, los laboratorios del Bell System continuaron mejorando el fotófono con la esperanza de que pudiera complementar o reemplazar las costosas líneas telefónicas convencionales . Su uso no experimental más temprano vino con los sistemas de comunicación militar durante la Primera y Segunda Guerra Mundial, su ventaja clave es que sus transmisiones basadas en la luz no pueden ser interceptadas por el enemigo.

Bell reflexionó sobre el posible uso científico del fotófono en el análisis espectral de fuentes de luz artificial, estrellas y manchas solares . Más tarde también especuló sobre sus posibles aplicaciones futuras, aunque no anticipó ni el láser ni las telecomunicaciones de fibra óptica :

¿Puede la imaginación imaginar lo que será el futuro de esta invención? ... Podemos hablar a través de la luz a cualquier distancia visible sin ningún cable de conducción ... En la ciencia general, el Fotófono hará descubrimientos inimaginables ahora.

Mayor desarrollo

Ernst Ruhmer en su estación de sistema telefónico óptico "fotoeléctrico". (1905)

Aunque los investigadores de Bell Telephone hicieron varias mejoras incrementales modestas en el diseño de Bell y Tainter, las transmisiones de radio de Marconi comenzaron a superar con creces el rango máximo del fotófono ya en 1897 y el desarrollo posterior del fotófono se detuvo en gran medida hasta que los experimentos germano-austríacos comenzaron en el turno. del siglo XX.

El físico alemán Ernst Ruhmer creía que la mayor sensibilidad de sus células de selenio mejoradas, combinada con la capacidad de recepción superior del "arco hablante" del profesor HT Simon, haría que el fotófono sea práctico en distancias de señalización más largas. Ruhmer llevó a cabo una serie de transmisiones experimentales a lo largo del río Havel y en el lago Wannsee desde 1901 hasta 1902. Informó que logró distancias de envío en buenas condiciones de 15 kilómetros (9 millas), con igual éxito durante el día y la noche. Continuó sus experimentos alrededor de Berlín hasta 1904, junto con la Armada alemana, que suministró reflectores de alta potencia para su uso en las transmisiones.

La empresa alemana Siemens & Halske aumentó el alcance del fotófono utilizando lámparas de arco de carbón de corriente modulada que proporcionaron un alcance útil de aproximadamente 8 kilómetros (5,0 millas). Produjeron unidades comercialmente para la Armada alemana , que se adaptaron aún más para aumentar su alcance a 11 kilómetros (6,8 millas) utilizando reflectores de barcos modulados por voz .

La investigación del Almirantazgo británico durante la Primera Guerra Mundial dio como resultado el desarrollo de un modulador de espejo vibratorio en 1916. Las células receptoras de molibdenita más sensibles , que también tenían una mayor sensibilidad a la radiación infrarroja, reemplazaron a las células de selenio más antiguas en 1917. Los gobiernos de Estados Unidos y Alemania también trabajaron sobre mejoras técnicas al sistema de Bell.

En 1935, la compañía alemana Carl Zeiss había comenzado a producir fotófonos infrarrojos para los batallones de tanques del ejército alemán , empleando lámparas de tungsteno con filtros infrarrojos modulados por espejos o prismas vibrantes. Estos también utilizaron receptores que empleaban amplificadores y celdas detectoras de sulfuro de plomo , aumentando su alcance a 14 kilómetros (8,7 millas) en condiciones óptimas. Los ejércitos japonés e italiano también intentaron un desarrollo similar de las telecomunicaciones por ondas luminosas antes de 1945.

Varios laboratorios militares, incluidos los de los Estados Unidos, continuaron sus esfuerzos de I + D sobre el fotófono en la década de 1950, experimentando con vapor de alta presión y lámparas de arco de mercurio de entre 500 y 2000 vatios de potencia.

Conmemoraciones

El 3 de marzo de 1947, el centenario del nacimiento de Alexander Graham Bell , los pioneros telefónicos de América dedicaron un marcador histórico en el costado de uno de los edificios, la Escuela Franklin , que Bell y Sumner Tainter utilizaron para su primer juicio formal que involucraba una distancia considerable. Tainter originalmente se paró en el techo del edificio de la escuela y se lo transmitió a Bell en la ventana de su laboratorio. El marcador no reconoció las contribuciones científicas y de ingeniería de Tainter.

El 19 de febrero de 1980, exactamente 100 años después de la primera transmisión de fotófono de Bell y Tainter en su laboratorio, el personal de la Institución Smithsonian , la National Geographic Society y los Laboratorios Bell de AT&T se reunieron en la ubicación del antiguo 1325 'L' Street Volta de Bell. Laboratorio en Washington, DC para una conmemoración del evento.

La conmemoración del Centenario del Fotófono fue propuesta por primera vez por el investigador y escritor de electrónica Forrest M. Mims , quien se la sugirió al Dr. Melville Bell Grosvenor , nieto del inventor, durante una visita a su oficina en la National Geographic Society. El grupo histórico observó más tarde el centenario de la primera transmisión de laboratorio exitosa del fotófono utilizando fotófono de demostración hecho a mano por Mims, que funcionaba de manera similar al modelo de Bell y Tainter.

Mims también construyó y suministró un par de modernos transceptores LED portátiles a batería conectados por 100 yardas (91 m) de fibra óptica . Richard Gundlach de Bell Labs y Elliot Sivowitch del Smithsonian utilizaron el dispositivo en la conmemoración para demostrar a uno de los descendientes modernos del fotófono. La National Geographic Society también montó una exhibición educativa especial en su Explorer's Hall, destacando la invención del fotófono con elementos originales tomados de la Institución Smithsonian.

Ver también

Referencias

Notas al pie

Citas

Bibliografía

Otras lecturas

• Página web de telecomunicaciones de audio óptico de Chris Long y Mike Groth
• Ackroyd, William. "El fotófono" en "Ciencia para todos", vol. 2 (R. Brown, ed.), Cassell & Co., Londres, alrededor de 1884, págs. 307–312. Un relato popular, profusamente ilustrado con grabados en acero.
• Armengaud, J. "Le fotófono de M. Graham Bell". Soc. En g. civ. Mem., Año 1880, Vol 2. págs. 513-522.
• Compañía AT&T. "The Radiophone", folleto distribuido en Louisiana Purchase Exhibition, St Louis, Missouri, 1904. Describe el trabajo de fotófono de Hammond V Hayes en los Bell Labs (patentado en 1897) y el ingeniero alemán HT Simon en el mismo año.
• Bell, Alexander Graham . "Sobre la producción y reproducción de sonido por luz: el fotófono". Soy. Culo. for the Advancement of Sci., Proc., Vol 29., octubre de 1880, págs. 115-136. También en American Journal of Science , Serie 3. No. 20, 1880, págs. 305–324; Ing. L., 30. 1880, págs. 240–242; Electrician, Vol. 5. 1880, págs. 214–215, 220–221, 237; Revista de la Sociedad de Ingenieros Telegráficos , núm. 9, 1880, págs. 404–426; Nat. L., vol. 22. 1880, págs. 500–503; Ana. Chim. Phys., Serie 5. Vol 21. 1880, págs. 399–430; ETZ, vol. 1. 1880, págs. 391–396. Discutido extensamente en Eng. L., Vol 30. 1880, págs. 253-254, 407-409. En estos documentos, Bell atribuye el mérito de las primeras demostraciones de la transmisión del habla por luz a un Sr. AC Brown de Londres "en septiembre u octubre de 1878".
• Bell, Alexander Graham . "Sur l'application du photophone a l'etude des bruits qui ont lieu a la surface solaire". CR, vol. 91. 1880, págs. 726–727.
• Bell, Alexander Graham . "El profesor AG Bell sobre el selenio y el fotófono". Pharm. J. y Trans., Serie 3. Vol. 11., 1880–1881, págs. 272–276; The Electrician No 5, 18 de septiembre de 1880, págs. 220–221 y 2 de octubre de 1880 págs. 237; Nature (Londres) Vol. 22, 23 de septiembre de 1880, págs. 500–503; Engineering Vol 30, págs. 240–242, 253, 254, 407–409; y Revista de la Sociedad de Ingenieros Telegráficos Vol. 9, págs. 375–387.
• Bell, Alexander Graham . "Otros artículos sobre el fotófono" ETZ No. 1, 1880, págs. 391–396; Revista de la Sociedad para las Artes 1880, núm. 28, págs. 847–848 y núm. 29 págs. 60–62; CR No. 91, 1880–1881, págs. 595–598, 726, 727, 929–931, 982, 1882 págs. 409–412, 450, 451, 1224–1227.
• Bell, Alexander Graham . "Le Photophone De La Production Et De La Lumiere". Gauthier-Villars, Imprimeur-Libraire, París. 1880. (Nota: este es el artículo n. ° 26, carpeta n. ° 4, como se indica en "Búsqueda de ayuda para la colección Alexander Graham Bell, 1880-1925", número de colección: 308, Biblioteca de UCLA , División de Manuscritos del Departamento de Colecciones Especiales, como se puede ver en el Archivo en línea de California )
• "Fotófono de Bell". Nature Vol. 24, 4 de noviembre de 1880; El electricista, vol. 6, 1881, págs. 136-138.
• Diario de Appleton. "El Fotófono". Diario de Appleton, vol. 10 No. 56, Nueva York, febrero de 1881, págs. 181-182.
• Bidwell, Shelford. "El Fotófono". Nature., 23. 1881, págs. 58–59.
• Bidwell, Shelford. "Selenio y sus aplicaciones al fotófono y telefotografía". Proceedings of the Royal Institution (GB), vol. 9. 1881, págs. 524–535; El mecánico inglés y el mundo de la ciencia, vol. 33, 22 de abril de 1881, págs. 158-159 y 29 de abril de 1881 págs. 180-181. También en Chem. Noticias, vol. 44, 1881, págs. 1-3, 18-21. (De una conferencia en la Royal Institution el 11 de marzo de 1881).
• Breguet, A. "Les recepteurs photophoniques de selenium". Ana. Chim. Phys., Serie 5. Vol. 21. 1880, págs. 560–563.
• Breguet, A. "Sur les experiencies photophonique du Professeur Alexander Graham Bell y M. Sumner Tainter": CR; Vol 91., 1880, págs. 595–598.
• Electricista. "Fotófono de Bell", electricista, vol. 6, 5 de febrero de 1881, págs. 136-138,183.
• Jamieson, Andrew. Nat. L., vol. 10, 1881, pág. 11. Este científico de Glasgow parece haber sido el primero en sugerir el uso de una llama de gas manométrica para la transmisión óptica, demostrado en una reunión de la Sociedad Filosófica de Glasgow; "La Historia del selenio y su acción en el Fotófono de Campana, con descripción de forma recientemente diseñada", Actas de la Sociedad Filosófica de Glasgow No. 13, 1881, *** Moser, J. "La Acción Microfónica de las Células de Selenio". Phys. Soc., Proc., Vol. 4, 1881, págs. 348–360. También en Phil. Mag., Serie 5, Volumen 12, 1881, págs. 212-223.
• Kalischer, S. "Photophon Ohne Batterie". Rep. F. Phys., Vol. 17., 1881, págs. 563–570.
• MacKenzie, Catherine "Alexander Graham Bell", Houghton Mifflin Company, Boston, pág. 226, 1928.
• Mercadier, E. "La radiophonie indirecte". Lumiere Electrique, vol. 4, 1881, págs. 295-299.
• Mercadier, E. "Sur la radiophonie produite a l'aide du selenium". CR, vol. 92, 1881, págs. 705–707.
• Mercadier, E. "Sur la construcción de recepteurs photophoniques a selenium". CR, vol. 92, 1881, págs. 789–790.
• Mercadier, E. "Sur l'influence de la temperature sur les recepteurs radiophoniques a selenium". CR, vol. 92, 1881, págs. 1407–1408.
• Molera y Cebrian. "El Fotófono". Ing. L., vol. 31, 1881, pág. 358.
• Preece, Sir William H. "Radiofonía", Engineering Vol. 32, 8 de julio de 1881, págs. 29–33; Revista de la Sociedad de Ingenieros Telegráficos , Vol 10, 1881, págs. 212–228. En el fotófono.
• Rankine, AO "Hablando sobre un rayo de sol". El. Exp. (Nueva York), vol. 7, 1920, págs. 1265-1316.
• Sternberg, JM El Premio Volta de la Academia Francesa otorgado al Prof.Alexander Graham Bell: Una charla con el Dr. JM Sternberg , The Evening Traveller, 1 de septiembre de 1880, The Alexander Graham Bell Papers en la Biblioteca del Congreso
• Thompson, Silvanus P. "Notas sobre la construcción del fotófono". Phys. Soc.Proc., Vol. 4, 1881, págs. 184-190. También en Phil. Mag., Vol. 11, 1881, págs. 286-291. Resumido en Chem. Noticias, vol. 43, 1881, pág. 43; Ing. L., vol. 31, 1881, pág. 96.
• Tomlinson, H. "El fotófono". Nat. L., vol. 23, 1881, págs. 457–458.
• US Radio and Television Corp. "Rayos ultravioleta usados ​​en televisión", New York Times, 29 de mayo de 1929, p. 5: Demostración de la transmisión de una señal de video de baja definición (escaneada mecánicamente) sobre un haz de luz modulado. Las estaciones terminales están separadas por 50 pies. Demostración pública en la tienda de Bamberger and Company, Newark, Nueva Jersey. El uso más antiguo conocido de comunicaciones de luz modulada para transmitir señales de video. Véase también el informe "Invisible Ray Transmits Pictures" en Science and Invention, noviembre de 1929, vol. 17, pág. 629.
• Blanco, RH "Fotófono". Enciclopedia inalámbrica de Harmsworth, vol. 3, págs. 1541-1544.
• Weinhold, A. "Herstellung von Selenwiderstanden fur Photophonzwecke". ETZ, vol. 1, 1880, pág. 423.

enlaces externos

• Discurso de Bell ante la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia en Boston el 27 de agosto de 1880, en el que presentó su trabajo "Sobre la producción y reproducción de sonido por luz: el fotófono" .
• Comunicaciones ópticas atmosféricas de larga distancia, por Chris Long y Mike Groth (VK7MJ)
• Téléphone et photophone: las contribuciones indirectas de Graham Bell à l'idée de la vision à distance par l'électricité