Фотоакустический эффект позволил передать звук в ухо с помощью лазера

Американские инженеры разработали метод передачи звука конкретному человеку с помощью лазерного луча, который благодаря фотоакустическому эффекту создает возле уха звуковые колебания. Эксперименты показали, что метод позволяет создавать звук с громкостью 60 децибелл на расстоянии 2,5 метра. Статья с описанием метода и экспериментов опубликована в журнале Optics Letters.

Фотоакустический эффект заключается в возникновении звука при облучении тела (зачастую газа) импульсами излучения. Его механизм заключается в том, что поглощение излучения вызывает периодическое локальное нагревание среды и локальное повышение давления, которое приводит к возникновению звуковых колебаний. Этот эффект используется в различных научных областях, к примеру, с его помощью проводят спектроскопический неразрушающий анализ состава материалов.

Чарльз Винн (Charles Wynn) и его коллеги из Массачусетского технологического института предложили использовать фотоакустический эффект для передачи звука без принимающего устройства. Они разработали два метода, в основе которых лежит поглощение лазерного луча частицами водяного пара, который в том или ином объеме почти всегда присутствует в воздухе. Ключевое условие образования звука при проявлении фотоакустического эффекта — периодические изменения в излучении, вызывающие периодические колебания. Инженеры разработали два метода, отличающихся именно способом создания неравномерного облучения пара светом.

В первом методе авторы использовали акустооптический модулятор, на выходе из которого получали прерывистое лазерное излучение. Второй метод заключается в облучении рабочей области лазерным лучом, отраженным от подвижного зеркала. Скорость поворота зеркала подобрана таким образом, чтобы скорость движения пятна по рабочей области была приблизительно равна скорости звука. Благодаря этому в рабочей области образуются когерентные звуковые волны, взаимодействие между которыми приводит к усилению звука.

Во время экспериментов авторы использовали тулиевый лазер с длиной волны излучения, равной 1,9 микрометра, и безопасной для глаз удельной мощностью, равной 100 милливатт на квадратный сантиметр. Эксперименты показали, что оба метода позволяют передавать речь и музыку с громкостью, аналогичной громкости фоновых разговоров. При этом методы отличались по характеристикам звука: классический фотоакустический метод позволяет передавать звук с большей точностью, а метод со скользящим лучом повышает громкость.

Инженеры работают и над другими методами передачи информации с помощью возбуждения колебаний в промежуточной среде. К примеру, в прошлом году американские специалисты разработали метод, позволяющий подводным лодкам использовать радиосвязь для связи с летательными аппаратами. Они предложили использовать под водой акустические передатчики, возбуждающие колебания поверхности воды, и над водой радары, сигнал которых позволяет считывать эти колебания.

Григорий Копиев