Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben voor het eerst met een laser geluid opgewekt dat hard genoeg is om te horen. Dit maakt op termijn wellicht een-op-een communicatie mogelijk op locaties waar dat niet lukt met enkel geluidsgolven.
Het klinkt een beetje als sciencefiction, wat de onderzoekers van MIT voor elkaar hebben gekregen. Ze namen een laser, eentje die veilig is voor de ogen en de huid, en haalden er een paar trucs mee uit, waardoor het - overigens onzichtbare - licht wordt omgezet in hoorbare tonen, muziek of gesproken boodschappen. Ze beschreven de details van hun werk onlangs in vaktijdschrift Optics Letters (gratis toegankelijk).
Leger betaalde mee
Vooropgesteld dat dit onderzoek nog behoorlijk fundamenteel van aard is, laten mogelijke toepassingen zich raden. Overal waar een gesproken boodschap aan iemand doorgegeven moet worden, maar waar dat met ‘gewoon’ geluid niet kan, zou de techniek nuttig kunnen zijn. In heel luidruchtige ruimtes waar je met gewone stem er niet doorheen komt. Of juist in een stille omgeving, maar waarbij je niet wil dat een ander de boodschap kan horen. Opvallend: het Amerikaanse leger betaalde mee aan het onderzoek.
Licht absorberen
Maar hoe doen de MIT-ers dit? Om te beginnen kozen ze heel gericht een laser uit, die licht uitzendt met een golflengte van ongeveer 1,9 µm (1.900 nanometer, nabij-infrarood). Dat ligt vlakbij een absorptielijn van waterdamp (zie figuur hieronder); dat wil zeggen dat de watermoleculen in de lucht, licht rond deze golflengte heel efficiënt absorberen.
Hierdoor zet de lucht uit daar waar de laser komt, en ontstaat dus een geluidsgolf. Dit wordt het foto-akoestisch effect genoemd. Door nu vele geluidsgolven slim na elkaar te laten ontstaan, is een toon, muziekje of gesproken boodschap te fabriceren. Doe dit vlakbij het oor van een ontvanger en je hebt een geluid dat niemand anders kan horen.
Geluidssignaal brengen
‘Dit is het allereerste systeem dat met lasers die volledig veilig zijn voor je ogen en je huid, een geluidssignaal bij een persoon kan brengen’, zegt onderzoeksleider Charles Wynn in een persbericht van The Optical Society.
Het nieuwe systeem kan zelfs werken in relatief droge lucht, want ook daar zit nog voldoende waterdamp in om geluid te maken met laserlicht. ‘We hebben ontdekt dat er niet veel waterdamp nodig is dankzij het feit dat het licht van onze laser zo efficiënt wordt geabsorbeerd’, zegt Wynn.
Twee varianten
De onderzoekers hebben twee varianten van hun techniek bekeken. Bij de eerste variant zwiept de laserbundel met grote snelheid door de lucht, over een beperkte hoek (in de figuur hieronder aangeduid met b). Dat zwiepen gaat met ongeveer de geluidssnelheid, omdat uit experimenten bleek dat dan het meeste geluid wordt opgewekt. Uit de proeven die tot nu toe zijn gedaan, blijkt dat tot op een afstand van 2,5 meter een geluidsniveau van 60 decibel te halen is, vergelijkbaar met geluid wanneer je met iemand praat.
Bij de tweede variant (a) staat de laserbundel stil en wordt hij heel gericht aan en uit gezet. Ook dit levert geluid op en heeft als voordeel dat de laser niet hoeft te bewegen. De beide technieken hebben ieder zo hun voordelen, zegt onderzoeker en eerste auteur Ryan Sullenberger. ‘De stilstaande laser geeft geluid van een hogere kwaliteit, terwijl de zwiepende laser harder geluid oplevert.’
Buitenlucht
Op het programma staan nu proeven in de buitenlucht, waarbij het de bedoeling is om grotere afstanden te halen. De wetenschappers hopen, en verwachten, dat hun techniek uiteindelijk commercieel gebruikt zal worden. Het Amerikaanse leger kijkt ongetwijfeld met interesse mee.
Beeldmateriaal Massachusetts Institute of Technology / Lincoln Laboratory
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.