Måske du har været inde på Post og Telemuseet og se udstillingen ”Hvor mange køer forurener en mail, mor?” Her står der en opstilling, som er bygget her på DTU Fotonik, der viser hvordan lyd kan rejse på lysbølger. Du kan selv stikke hånden ind i en rød laser stråle og stoppe musikken og starte den igen ved at afbryde lysstrålen. I opstillingen overføres musik fra en IPOD til en højttaler.
Denne opstilling illustrerer på meget simpel vis hvorledes et optisk kommunikations system fungerer. På selve udstillingen står der ikke nogen detaljer om hvorledes opstillingen fungerer. En simplificeret forklaring kan findes her.
Opstillingen består af dele som de fleste kender, såsom en IPOD afspiller, en laser-pointer og en højttaler. Musikken, som er lagret på IPOD’en, overføres til laser-lyset fra en laser-pointer, sendes igennem luften, modtages og føres derefter til en højttaler, der afspiller musikken.
Fra lyd til lys
I IPOD’en er musikken lagret digitalt, dvs. som strenge af elektriske 0 og 1-taller. Når man skal lytte til musikken, bliver den oversat fra digitale signaler til et analogt signal som vores øre kan opfatte. Det er dette analoge signal som findes på udgangen af IPOD’en i form af en spænding (eller strøm) og spændingen vil variere afhængigt af hvilket musiknummer, der skal afspilles. Det er dette analoge signal som skal overføres til laser-pointeren, og sendt hen til højttaleren.
Normalt, når man bruger en laser pointer, vil der sidde et/flere batterier i selve laser-pointeren som giver strøm til den lille halvleder komponent (laseren) som sidder i spidsen af laser-pointeren. Når man trykker på knappen, vil den konstante spænding give et lys med konstant styrke. I stedet for vil man kunne bruge den varierende spænding (det føromtalte analoge signal) som findes på udgangen af IPOD’en. Herved vil lysmængden, som udsendes af laser-pointeren, afhænge af det signal som bliver udsendt fra IPOD’en (lav spænding -> lidt lys, høj spænding -> meget lys). Dette betyder at musikken, som før var et elektrisk signal, nu bliver til lys og kan sendes gennem luften. Hvis man ønsker en mere fysisk forklaring på hvorledes dette fungerer, kan man starte med at læse i referencerne angivet nederst på denne side.
og tilbage til lyd
Efter at lyset fra laser-pointeren, som nu bærer musikken, er blevet sendt gennem luften til højttaleren, skal signalet igen oversættes til et elektrisk signal for at vores øre kan opfatte musikken.
Dette sker i en anden halvleder komponent som hedder en foto-detektor. Den fysiske forklaring vil ikke blive gennemgået her, men der kan findes nogle lettilgængelige forklaringer i referencerne nederst på denne side. Kort fortalt er det sådan at jo mere lys der bliver sendt ind i foto-detektoren, jo mere strøm vil der løbe, og omvendt. Dette betyder, at det analoge signal, som blev oversat til et elektrisk signal og sendt gennem luften i lyset, igen bliver analogt og kan sendes videre til højttalerne, som sender musikken ud til vores ører.
Musikken bliver altså sendt fra IPOD til højttaler i en lysstråle. Og hvis man afbryder lysstrålen, for eksempel med hånden, så stopper musikken.
Ovenstående forklaring er meget simplificeret. Hvis du ønsker at gå yderligere ned i detaljerne bag princippet, kan du kigge nærmere på hvorledes en laser og foto-detektor fungerer. Det kan du f.eks. gøre her:
DTU Fotoniks Optiske horisonter: ( http://www.fotonik.dtu.dk/OpdagFotonikken/Bogen_Optiske_horisonter.aspx
Laseren – den moderne lyskilde: (http://www.fys.dk/laseren/)
Laseren på Wikipedia: (http://en.wikipedia.org/wiki/Laser)
Fotodetektor på Wikipedia: (http://en.wikipedia.org/wiki/Photodiode)