Фотоакустичний ефект дозволив передати звук у вухо за допомогою лазера

Американські інженери розробили метод передачі звуку конкретній людині за допомогою лазерного променя, який завдяки фотоакустичному ефекту створює біля вуха звукові коливання. Експерименти показали, що метод дозволяє створювати звук з гучністю 60 децибелл на відстані 2,5 метра. Стаття з описом методу та експериментів опублікована в журналі.

Фотоакустичний ефект полягає у виникненні звуку при опроміненні тіла (найчастіше газу) імпульсами випромінювання. Його механізм полягає в тому, що поглинання випромінювання викликає періодичне локальне нагрівання середовища і локальне підвищення тиску, яке призводить до виникнення звукових коливань. Цей ефект використовується в різних наукових галузях, наприклад, з його допомогою проводять спектроскопічний неруйнівний аналіз складу матеріалів.

Чарльз Вінн (Charles Wynn) і його колеги з Массачусетського технологічного інституту запропонували використовувати фотоакустичний ефект для передачі звуку без приймаючого пристрою. Вони розробили два методи, в основі яких лежить поглинання лазерного променя частинками водяного пари, який у тому чи іншому обсязі майже завжди присутній у повітрі. Ключова умова утворення звуку при прояві фотоакустичного ефекту - періодичні зміни у випромінюванні, що викликають періодичні коливання. Інженери розробили два методи, що відрізняються саме способом створення нерівномірного опромінення пари світлом.

У першому методі автори використовували акустооптичний модулятор, на виході з якого отримували уривчасте лазерне випромінювання. Другий метод полягає в опроміненні робочої області лазерним променем, відображеним від рухомого дзеркала. Швидкість повороту дзеркала підібрана таким чином, щоб швидкість руху плями по робочій області була приблизно рівна швидкості звуку. Завдяки цьому в робочій області утворюються когерентні звукові хвилі, взаємодія між якими призводить до посилення звуку.

Під час експериментів автори використовували тулієвий лазер з довжиною хвилі випромінювання, що дорівнює 1,9 мікрометра, і безпечною для очей питомою потужністю, що дорівнює 100 міліватт на квадратний сантиметр. Експерименти показали, що обидва методи дозволяють передавати промову і музику з гучністю, аналогічної гучності фонових розмов. При цьому методи відрізнялися за характеристиками звуку: класичний фотоакустичний метод дозволяє передавати звук з більшою точністю, а метод зі ковзним променем підвищує гучність.

Інженери працюють і над іншими методами передачі інформації за допомогою збудження коливань у проміжному середовищі. Наприклад, минулого року американські фахівці розробили метод, що дозволяє підводним човнам використовувати радіозв'язок для зв'язку з літальними апаратами. Вони запропонували використовувати під водою акустичні передавачі, що збуджують коливання поверхні води, і над водою радари, сигнал яких дозволяє зчитувати ці коливання.