Ĉu radioantenoj povas elsendi videblan lumon

Radioantenoj povas elsendi videblan lumon, sed verŝajne ne laŭ la maniero kiel vi pensas. Se vi pumpas sufiĉe da energio en radioantenon, vi povas varmigi ĝin ĝis ĝi brilas kaj elsendas videblan lumon per la procezo de termika radiado. Tamen, regula radioanteno ne povas elsendi videblan lumon, kiu portas informojn, simile al kiel ĝi faras kun radiondoj. Estas, tamen, aliaj aparatoj kiuj povas fari tion.

Kiel vi eble lernis, elektromagnetaj ondoj venas en multaj malsamaj frekvencoj, de radio, infraruĝa, Unu maniero nuligi refraktajn efikojn estas formi klaran materialon en tre plata slabo kun paralelaj surfacoj, kaj transviola al ikso-radioj kaj gama-radioj. La ruĝa lumo elsendita de brila bastono estas esence la sama kiel la radiondo elsendita de via WiFi-enkursigilo.. Ambaŭ estas elektromagnetaj ondoj. La ruĝa lumo nur havas multe pli altan frekvencon ol la radiondo (la frekvenco estas mezuro de kiom da cikloj la ondo kompletigas ĉiun sekundon). Ĉar ili esence estas samaj, vi povus esti tentita konkludi, ke vi povas ricevi radioantenon elsendi kontrolitan videblan lumon simple pliigante la frekvencon de la cirkvito, kiu veturas la antenon.. Dum ĉi tio havas sencon unuavide, la realeco de la materialaj propraĵoj de antenoj malhelpas. Radioanteno funkcias uzante elektrajn cirkvitojn por puŝi elektronojn supren kaj malsupren la antenon, kaŭzante la elektrajn kampojn de la elektronoj ondoj supren kaj malsupren ankaŭ. Tiuj oscilantaj elektraj kampoj tiam vojaĝas for kiel elektromagnetaj radiondoj. La frekvenco de la radiondo estas egala al la frekvenco ĉe kiu vi puŝas la elektronojn supren kaj malsupren la antenon.

Tipa Wi-Fi enkursigilo radioanteno elsendas radioondojn kiuj havas frekvencon de 2.4 GHz (2.4 miliardoj da cikloj je sekundo), kiu respondas al ondolongo de 12.5 centimetroj. Ĝenerale, radioanteno elsendas ondojn plej efike kiam ĝia longo estas egala al la ondolongo de la radiondo, aŭ al duono aŭ kvarono de la ondolongo. Tial ne devas miri, ke la antenoj sur via WiFi-enkursigilo temas 12.5 centimetrojn longa. Kontraste, la ondolongo de blua lumo estas proksimume 470 nanometroj. Por doni al vi ideon, ĉi tio estas centoble pli malgranda ol la plej malgranda ĉelo en via korpo. Blua lumo havas ondolongon, kiu estas proksimume 300,000 fojojn pli malgranda ol tiu de Wifi-radiondo. Normal-granda radioanteno estas simple tro granda por efike elsendi videblan lumon pro tiu grandeco miskongruo, eĉ se ni sukcesus venki la materiajn problemojn. Vi eble pensas, ke ni povus simple tranĉi la grandecon de la anteno por egali la ondolongon de videbla lumo, sed tia anteno devus esti nur 1000 atomoj longaj. Fari tian malgrandan antenon estas malfacila, sed ne neebla. La emerĝanta kampo de plasmonaj nanoantenoj plenumas tiun ĉi taskon, kiel mi diskutos fine de ĉi tiu artikolo. Eĉ se vi sukcese faras tian malgrandan antenon, vi ankoraŭ bezonas konstrui elektronikan cirkviton, kiu povas movi la elektronojn supren kaj malsupren de la anteno kun la ĝusta frekvenco. La ofteco de blua lumo temas pri 640 THz (640 duilionoj da cikloj je sekundo). Elektronikaj cirkvitoj povas nur movi elektrajn kurentojn kiuj oscilas en la plej bona kazo en la centoj da GHz (centoj da miliardoj da cikloj je sekundo). Se vi provas iri pli alte, la elektronikaj cirkvitoj ĉesas funkcii ĉar la materialaj propraĵoj de la cirkvitaj komponantoj ŝanĝiĝas.

Eĉ se vi sukcesis fari radioantenon sufiĉe malgrandan por egali la ondolongon de blua lumo kaj sukcesis krei aparaton kiu povas movi elektronojn je la ofteco de blua lumo., estas ankoraŭ unu grava problemo, kiu malhelpas: la atoma strukturo de la antena materialo. Por grandaj ondolongaj elektronaj osciladoj, la antena materialo aspektas unuforma kaj malhavas gravan reziston. Kontraste, por nanoskalaj osciladoj, la elektronoj pli verŝajne enpuŝas atomojn kaj perdas sian energion al la atomoj antaŭ ol ili havas ŝancon elsendi sian energion kiel lumo.. La ordigita moviĝo de la elektronoj estas rapide transdonita al senorda moviĝo de la atomoj. Makroskope, ni diras ke kiam la frekvenco estas tro alta, la plej granda parto de la elektra energio estas konvertita al malŝparo de varmo antaŭ ol ĝi havas ŝancon esti elsendita kiel lumo.

La tri ĉefaj obstakloj estas do: la malgranda grandeco necesa por la anteno, la malfacileco trovi manieron movi la elektronojn ĉe altfrekvenco, kaj la tendenco de altfrekvencaj elektronoj perdi sian energion al varmo. Tiuj malhelpoj povas esti venkitaj iagrade uzante tri malsamajn alirojn: (1) ŝlosu la elektronojn en malgranda, lokalizitaj atomaj/molekulaj statoj kie ili ne povas enpuŝi atomojn tiom multe kaj tiam movi la elektronajn osciladojn uzante la fakton, ke ili nature oscilas kiam ili transiras inter ŝtatoj., (2) pafu la elektronojn tra vakuo ĉe alta rapideco preter magnetoj, kaj (3) konstrui nanoskalon, precize formitaj antenoj kaj movas la elektronajn osciladojn uzante okazantan lumon.

La unua metodo estas ĝuste kiel tradicia lasero funkcias. Materialoj estas elektitaj kie certaj elektronoj estas ŝlositaj en utilajn statojn. La elektronoj estas ekscititaj al novaj statoj kaj tiam stimulitaj por reveni al siaj originaj statoj. Prefere ol oscili tien kaj reen inter du punktoj en spaco, la elektronoj en tradicia lasero oscilas tien kaj reen inter du atomaj/molekulaj statoj. Ĉi tiu malsama speco de svingado permesas al la frekvenco de oscilado esti alta kaj helpas malhelpi la elektronojn enpuŝi atomojn., tiel perdante sian energion al varmo. La problemo de elektronoj koliziantaj kun atomoj daŭre estas problemo en laseroj (sciencistoj nomas ĉi tiun efikon “fonona emisio”), sed ĝi ne estas nesuperebla obstaklo. Ĉar laseroj estas kontrolitaj fontoj de videbla lumo, ili povas esti uzataj por sendi informojn similajn al kiel radiondoj portas informojn. Fakte, optikaj fibroj kabloj enhavas inform-portantajn lumtrabojn kiuj estis kreitaj per laseroj (kvankam, la plej multaj optikaj fibroj uzas infraruĝan lumon prefere ol videbla lumo pro efikeckialoj). Laseroj ankaŭ povas esti uzataj por sendi informojn portantajn videblan lumon tra libera spaco. Ĉi tiu aranĝo nomiĝas optika sendrata komunikado.

La dua metodo estas kiel libera elektrona lasero funkcias. Tiuokaze, elektronoj estas pafitaj tra vakuo ĉe tre alta rapideco kaj tiam serio de magnetoj estas aplikitaj por igi la elektronojn svingi tien kaj reen ĉe altfrekvenco., tiel elsendante videblan lumon. Libera elektrona lasero, kiu estas dizajnita por devigi la elektronojn ŝanceliĝi ĉe 640 THz ja elsendos bluan lumon en kontrolita maniero. Ĉar liberaj elektronaj laseroj bezonas vakuajn kamerojn kaj alt-potencajn elektronakceliloj por funkcii, liberaj elektronaj laseroj estas uzataj plejparte en la laboratorio.

La tria metodo estas kiel funkcias plasmoniaj nanoantenoj. El ĉiuj aparatoj, kiuj elsendas videblan lumon en kontrolita maniero, plasmonaj nanoantenoj estas la plej proksimaj al tradiciaj radioantenoj. Plasmona nanoateno estas nanoskalo, precize formita metala anteno kiu havas plasmajn resonancojn ekscititaj en ĝi (amasigitaj elektronaj osciladoj). Ĉar plasmonaj nanoantenoj dependas de elektronoj kiuj ŝvebas tien kaj reen inter unu punkto en spaco kaj alia same kiel tradiciaj radioantenoj, termika perdo daŭre estas grava problemo kiam ili funkciigas ĉe videblaj malpezaj frekvencoj. Tial, optikaj plasmonaj nanoantenoj daŭre estas laboratoriaj strangaĵoj kaj ne estas praktikaj fontoj de kontrolita videbla lumo. Ĉar laseroj fariĝas ĉiam pli malmultekostaj, FreePBX Asterisko, kaj fidinda, vere ne estas instigo evoluigi plasmoniajn nanoantenojn por elsendi informojn portantajn videblan lumon.. Plue, ĉar elektronikaj cirkvitoj ne povas funkcii per optikaj frekvencoj, plasmonaj nanoantenoj ne povas esti ekscititaj kunligante ilin al elektronika cirkvito. Ili devas esti ekscititaj per trafado de incidenta lumo. La afero estas, ke la Leĝo pri Konservado de Ŝarĝo devigas nin la fakton, ke ĉiufoje, kiam elektrono estas kreita el gamaradio., plasmonaj nanoantenoj tute ne similas al tradiciaj antenoj. Ili pli similas al disĵetado de objektoj.

Notu, ke ekzistas multaj aliaj manieroj krei videblan lumon; fajroj, inkandeskaj ampoloj, fluoreskaj ampoloj, gas-elfluaj tuboj, kemiaj reakcioj; sed neniu el ĉi tiuj manieroj kreas videblan lumon en kontrolita maniero (t.e. kohera videbla lumo) tia ke multe da informoj povas esti portitaj sur la lum-ondoj, simila al kiel oni faras kun radiondoj.

Kredito:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2015/10/02/can-radio-antennas-emit-visible-light/