光声效应新进展:借助安全的激光 将有声信息传递给特定的人

2019年01月24日 14:08 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

研究人员已经证明,激光可以在没有任何类型接收设备的情况下,向人们发送声音信息。这项在空气中传递“有针对性的音频信号”的能力,可用于嘈杂的室内通讯环境、或向特定目标告知危险状况。麻省理工学院(MIT)林肯实验室的研究人员,刚刚在《光学快报》上发表了他们的最新研究。

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(研究配图 - 1:光声信息传递)

研究人员使用了两种不同的基于激光的方法,以会话的方式,传输各种音调、音乐、或录制的语音。研究小组负责人 Charles M. Wynn 表示:

系统可以在一定距离内使用,直接将信息传递至某人耳中。此外,这是首个对皮肤和眼睛都很安全的激光系统,支持在任何环境中、将声音信号传递给特定的目标。

其原理基于“光声效应”:材料吸光后,会形成声波。本例中,研究人员利用了空气中的水蒸气来吸收光线、并产生声音。Wynn 称:

系统甚至能够在相对干燥的条件下工作,毕竟空气中始终保有一点水分,特别是在人体的周围。

声音的强度与之密切相关,如果我们使用了可被其强烈吸收的激光波长,那就不需要大量的水分。

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(研究配图 - 3:动态光声结构实验)

其中一种新颖的声音传播方法,是从一种被称作“动态光声光谱”(DPAS)的技术演变而来。

此前,研究人员之前开发了相关的化学检测技术。在早期的工作中,他们发现,若以声速扫描激光束,则有助于改善化学检测。

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Ryan M. Sullenberger 与 Charles M. Wynn(图自:MIT)

论文一作 Ryan M. Sullenberger 指出:“声音的速度很是特殊,在新研究中,我们发现通过水来吸收波长的话,可借助声速扫描激光束来实现有效的声音传递”。

基于此,研究人员尝试改变激光扫描的波长,以便在光线中编码不同的频率、或可被听到的音量等级。

这项技术的一大特点,是只能在距离发射器一定范围处听到信号。意味着我们不仅可以向多人传递声音,也可以只向特定的目标传递。

研究人员已经在实验室中实现了 2.5 米以上的 60 分贝音频传输,随着技术的进一步发展,商用设备有望轻松覆盖更远的距离。

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(研究配图 - 2:传统光声方案)

此外,研究人员测试了传统的光声方案,其不需要扫描激光、并通过调制激光束的功率来编码音频信息。

Sullenberger表示:“两者的区别在于,传统光声方案可致力于更高的保真度,而激光扫描可以带来更加响亮的声音”。

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(研究配图 - 4:测量声学信号的空间范围)

接下来,研究人员计划在户外开展更远的演示。

原标题为《Photoacoustic communications: delivering audible signals via absorption of light by atmospheric H2O

[编译自:OSA , 来源:Optics Letters]

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