Les systèmes de télécommunication ont grandement évolué au cours des dernières années, impliquant des technologies toujours plus rapides et efficaces. Si d’ordinaire un émetteur et un récepteur sont nécessaires pour envoyer et entendre des messages, des physiciens  américains ont montré qu’il était possible d’utiliser un simple laser pour transmettre des messages audibles à une ou plusieurs personnes sans aucun équipement supplémentaire.

Des chercheurs ont démontré qu’un laser peut transmettre un message audible à une personne sans aucun type d’équipement récepteur. La possibilité d’envoyer des signaux audio hautement ciblés par voie aérienne pourrait être utilisée pour communiquer à travers des pièces bruyantes ou pour avertir les individus d’une situation dangereuse, telle qu’un tireur actif.

Dans la revue Optics Letters de l’Optical Society (OSA), des chercheurs du Lincoln Laboratory du MIT présentent deux méthodes différentes basées sur le laser pour transmettre des sons, de la musique et des discours enregistrés, à un volume correspondant à celui d’une conversation.

« Notre système peut être utilisé de loin pour transmettre des informations directement à l’oreille » déclare Charles M. Wynn, auteur principal de l’étude. « C’est le premier système qui utilise des lasers entièrement sécuritaires pour les yeux et la peau pour transmettre un signal sonore à une personne en particulier, dans n’importe quel environnement ».

Transmettre des messages via l’air ambiant

Les nouvelles approches sont basées sur l’effet photoacoustique, qui se produit lorsqu’un matériau forme des ondes sonores après avoir absorbé la lumière. Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé la vapeur d’eau contenue dans l’air pour absorber la lumière et créer un son.

« Cela peut fonctionner même dans des conditions relativement sèches, car il y a presque toujours un peu d’eau dans l’air, en particulier autour des personnes » explique Wynn. « Nous avons constaté que nous n’avions pas besoin de beaucoup d’eau si nous utilisions une longueur d’onde laser très fortement absorbée par l’eau. C’était essentiel, car une absorption plus forte conduit à plus de son ».

laser air h20

Graphes présentant la transmission de signaux par la photoacoustique. (a) Configuration photoacoustique traditionnelle : la lumière laser à 1907.2 nm est absorbée par la vapeur d’eau ambiante. Le faisceau laser est modulé en amplitude via un modulateur acousto-optique. (b) La communication photoacoustique dynamique amplifie le signal sonore. (c) Capacité d’absorption d’H2O proche de 1.9 µm. Crédits : Ryan M. Sullenberger et al. 2018

L’une des nouvelles méthodes de transmission du son est issue d’une technique appelée spectroscopie photoacoustique dynamique (DPAS), que les chercheurs ont précédemment développée pour la détection chimique. Lors de travaux antérieurs, ils ont découvert que le balayage d’un faisceau laser à la vitesse du son pouvait améliorer la détection des produits chimiques.

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« La vitesse du son est une vitesse très spéciale avec laquelle travailler » déclare Ryan M. Sullenberger. « Dans cette nouvelle étude, nous montrons que le balayage d’un faisceau laser à la vitesse du son, à une longueur d’onde absorbée par l’eau, peut être utilisé comme un moyen efficace de créer un son ».

Pour l’approche liée au DPAS, les chercheurs modifient la longueur des balayages laser pour coder différentes fréquences, ou hauteurs sonores, dans la lumière. Un aspect unique de cette technique de balayage laser est que le signal ne peut être entendu qu’à une certaine distance de l’émetteur. Cela signifie qu’un message pourrait être envoyé à une personne spécifique plutôt qu’à tous les individus traversant le faisceau de lumière. Il ouvre également la possibilité de cibler un message à plusieurs personnes.

Des tests expérimentaux concluants

En laboratoire, les chercheurs ont montré qu’un équipement disponible dans le commerce pouvait transmettre un son à une personne distante de plus de 2.5 mètres, à 60 décibels, à l’aide de la technique de balayage laser. Ils pensent que le système pourrait facilement être étendu à de plus longues distances. Ils ont également testé une méthode photoacoustique traditionnelle ne nécessitant pas de balayage du laser, et codant le message audio en modulant la puissance du faisceau laser.

« Il y a des compromis entre les deux techniques » ajoute Sullenberger. « La méthode photoacoustique traditionnelle fournit un son d’une plus grande fidélité, alors que le balayage laser fournit un son plus puissant ».

Les chercheurs prévoient ensuite de démontrer les méthodes en extérieur, à plus longue distance. « Nous espérons que cela deviendra éventuellement une technologie commerciale. Il y a beaucoup de possibilités passionnantes et nous voulons développer la technologie de communication de manière utile » conclut-il.

Source : Optics Letters

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