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激光传声

发布时间:2021-07-31 08:45:08 浏览数:

关于光通信,大多数人都是听得多、看得少,亲自动手做那就更加少之又少了。那么,到底光通信是如何实现的呢?先来看一个激光传声的演示实验。

通信,指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递,广义上指需要信息的双方或多方采用各种方法,使用各种载体,将信息从某一方准确安全地传送到另一方。

最普遍的通信方式就是通过语言交流。这种通信方式通过人的声带振动,以空气为媒介,以声波的方式传送信息。人在说话的时候,将所需传递的信息通过控制声带的长短、松紧以及声带振动的快慢、强弱等方式加载在向外传输的声波信号上。物理学中,一般把将传递的信息加载在某种物理载体上的过程称为信号的调制。可见,经过调制的机械波——声波包含了丰富的信息内容。

当外界声波传到人的鼓膜时,引起鼓膜振动,刺激神经,并最终传达到大脑的听觉中枢,形成听觉,实现了物理信号向神经生物电信号的转换。这一过程又称之为信号的解调。

演示实验中,激光光源发射的激光束经喇叭前的反射镜反射到太阳能电池板。那么,为什么激光能够将喇叭的声音“带”到最后的音箱上呢?首先,我们要理解声音是由振动产生的,随着收音机的播放,喇叭随之振动,喇叭前的反射镜也同样随之前后振动,故而照在其上的激光经反射后的光斑也必将时刻移动。也就是说,反射到固定位置的太阳能电池板上的光斑也会随之快速移动,这样一来,太阳能电池板接收的光强也随之时刻变化,于是太阳能电池板输出的电压也就会产生相应的波动。因为音箱的播放是由输入音箱的电压控制的,所以音箱能播放出与收音机相同的声音。

随着科学技术的不断发展,科技工作者一直追求传输距离更远、传输信号质量更稳定的通信方式。但无论哪一种方式,信号的调制和解调是关键问题。例如,我们日常使用手机进行通信联络时,就是首先将声音信号加载到电磁波这一载体上,通过手机的发射装置,将带有声音信号的电磁波发射出去;接收端的手机接收到该电磁波后,经过对电磁波的解调,最终将声音信号解调后还原,实现远距离的通话联络。

关于光通信,大多数人都是听得多、看得少,亲自动手做那就更加少之又少了。那么,到底光通信是如何实现的呢?先来看一个激光传声的演示实验。

演示实验

▲器材准备:激光光源(可以用激光笔替代)、收音机一台、8W喇叭一个、玻璃反光镜一块、太阳能电池板一块(约Φ50mm大小)、普通音箱一个、普通耳机线两根、导线若干根、铁架台若干、圆形硬纸筒一个。

▲信号调制装置:

1.激光光源用铁架台固定;

2.玻璃反光镜用胶水粘贴在8W喇叭的振动膜中央,用铁架台固定喇叭(喇叭的型号不限,但应将喇叭的外部包装拆除,露出振动膜,便于固定其上的反光镜反射激光);

3.耳机线一端插入收音机的耳机通道,将另一端拆除耳塞后的两根导线接8W喇叭的两根接线柱上。

打开激光光源开关、调整激光光源和喇叭高度,使激光光束可以经喇叭上的反光镜反射。

▲信号解调装置:

用两根导线将太阳能电池板与音箱连接。为了提高光信号的质量,可以将太阳能电池板固定在一端开口的圆柱形硬纸筒内部,这样可以避免外部其他光线的干扰和影响。

▲测试:将激光传声装置的信号调制装置和解调装置放置在有一定距离的实验台上。打开激光光源,调整光路,确保经喇叭上的反光镜反射的激光光束能够照射在太阳能电池板上。打开收音机,调到某一个信号稳定的电台,打开音箱,比较收音机与音箱发出的声音。实验装置调试成功、激光通信效果明显时,用手或其他不透明障碍物遮挡住激光,你会发现什么现象?

注意事项:由于激光光束能量较大,为避免伤害,实验调试时应避免直射人的眼睛。

激光窃听

美国在海湾战争中使用了一种新的窃听装置:能从行驶中的伊拉克高级将领的汽车反光镜上,捕捉到声音信息。这种装置就是激光窃听器。

当人说话时,玻璃因受声音变化的影响而发生轻微的振动,从玻璃上反射回来的激光包含了声波信息。人们在一定的位置上,用专门的接收器接收,就能解调出声音信号,监听他人的谈话。由于激光本质上是一种频率极纯、极高的电磁波,而且方向性好,照射和反射的能量集中,所以解调并不困难;而且,若使用红外激光,更加不会暴露。激光窃听的最大优点是,不需要安装任何窃听器就可以实现窃听。这就克服了对无法进入的区域安装窃听器的困难,同时也避免了因窃听器被查获而被抓住把柄的危险性。如果仔细观察,许多政府建筑物的窗户都装有厚厚的窗帘,这些窗帘可不止是为了遮挡阳光的,它们另一个主要的作用就是防止间谍利用激光窃听器来窃听机密谈话,因为厚厚的窗帘可以吸收声音的振动。

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