क्या रेडियो एंटेना दृश्यमान प्रकाश उत्सर्जित कर सकते हैं?

रेडियो एंटेना दृश्यमान प्रकाश उत्सर्जित कर सकते हैं, लेकिन शायद उस तरह से नहीं जैसा आप सोच रहे हैं. यदि आप रेडियो एंटीना में पर्याप्त ऊर्जा पंप करते हैं, आप इसे तब तक गर्म कर सकते हैं जब तक यह चमकने न लगे और थर्मल विकिरण की प्रक्रिया के माध्यम से दृश्य प्रकाश उत्सर्जित न कर दे. तथापि, एक नियमित रेडियो एंटीना सूचना प्रसारित करने वाली दृश्य रोशनी उत्सर्जित नहीं कर सकता, यह रेडियो तरंगों के समान ही है. वहां, तथापि, अन्य उपकरण जो ऐसा कर सकते हैं.

जैसा कि आपने जान लिया होगा, विद्युत चुम्बकीय तरंगें कई अलग-अलग आवृत्तियों में आती हैं, रेडियो से, अवरक्त, दृश्यमान, और पराबैंगनी से एक्स-रे और गामा किरणें. ग्लो स्टिक द्वारा उत्सर्जित लाल रोशनी मूल रूप से आपके वाई-फाई राउटर द्वारा उत्सर्जित रेडियो तरंग के समान है. दोनों विद्युत चुम्बकीय तरंगें हैं. लाल प्रकाश की आवृत्ति रेडियो तरंग की तुलना में बहुत अधिक होती है (आवृत्ति इस बात का माप है कि तरंग प्रति सेकंड कितने चक्र पूरे करती है). क्योंकि वे मूलतः एक ही हैं, आप यह निष्कर्ष निकालने के लिए प्रलोभित हो सकते हैं कि आप केवल एंटीना चलाने वाले सर्किट की आवृत्ति को बढ़ाकर नियंत्रित दृश्य प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए एक रेडियो एंटीना प्राप्त कर सकते हैं. जबकि पहली नज़र में ये बात समझ में आती है, एंटेना के भौतिक गुणों की वास्तविकता रास्ते में आ जाती है. एक रेडियो एंटीना इलेक्ट्रॉनों को एंटीना के ऊपर और नीचे धकेलने के लिए विद्युत सर्किट का उपयोग करके काम करता है, जिससे इलेक्ट्रॉनों के विद्युत क्षेत्र भी ऊपर और नीचे तरंगित हो जाते हैं. ये दोलनशील विद्युत क्षेत्र फिर विद्युत चुम्बकीय रेडियो तरंगों के रूप में दूर चले जाते हैं. रेडियो तरंग की आवृत्ति उस आवृत्ति के बराबर होती है जिस पर आप इलेक्ट्रॉनों को एंटीना के ऊपर और नीचे धकेलते हैं.

एक विशिष्ट वाई-फाई राउटर रेडियो एंटीना रेडियो तरंगों का उत्सर्जन करता है जिनकी आवृत्ति होती है 2.4 गीगा (2.4 प्रति सेकंड अरब चक्र), जो की तरंग दैर्ध्य से मेल खाता है 12.5 सेंटीमीटर. सामान्य रूप में, एक रेडियो एंटीना सबसे अधिक कुशलता से तरंगें उत्सर्जित करता है जब उसकी लंबाई रेडियो तरंग की तरंग दैर्ध्य के बराबर होती है, या तरंग दैर्ध्य के आधे या एक चौथाई तक. इसलिए यह आश्चर्य की बात नहीं होनी चाहिए कि आपके वाई-फाई राउटर पर एंटेना लगभग हैं 12.5 सेंटीमीटर लंबा. इसके विपरीत, नीले प्रकाश की तरंगदैर्ध्य लगभग होती है 470 नैनोमीटर. आपको एक विचार देने के लिए, यह आपके शरीर की सबसे छोटी कोशिका से सौ गुना छोटी है. नीली रोशनी की तरंगदैर्घ्य लगभग होती है 300,000 वाई-फ़ाई रेडियो तरंग से कई गुना छोटा. एक सामान्य आकार का रेडियो एंटीना इस आकार के बेमेल के कारण दृश्य प्रकाश को कुशलतापूर्वक उत्सर्जित करने के लिए बहुत बड़ा है, भले ही हम भौतिक समस्याओं पर काबू पाने में कामयाब रहे. आप सोच सकते हैं कि हम दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से मेल खाने के लिए एंटीना के आकार को कम कर सकते हैं, लेकिन ऐसा एंटीना ही होगा 1000 परमाणु लंबे. इतना छोटा एंटीना बनाना मुश्किल है, पर नामुनकिन 'नहीं. प्लास्मोनिक नैनोएन्टेना का उभरता हुआ क्षेत्र इसी कार्य को पूरा करता है, जैसा कि मैं इस लेख के अंत में चर्चा करूंगा. भले ही आप इतना छोटा एंटीना सफलतापूर्वक बना लें, आपको अभी भी एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बनाने की आवश्यकता है जो इलेक्ट्रॉनों को सही आवृत्ति पर एंटीना के ऊपर और नीचे चला सके. नीले प्रकाश की आवृत्ति लगभग होती है 640 THz (640 प्रति सेकंड ट्रिलियन चक्र). इलेक्ट्रॉनिक सर्किट केवल उन विद्युत धाराओं को चला सकते हैं जो अधिकतम सैकड़ों गीगाहर्ट्ज़ में दोलन करती हैं (प्रति सेकंड सैकड़ों अरब चक्र). अगर आप और ऊपर जाने की कोशिश करते हैं, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट काम करना बंद कर देते हैं क्योंकि सर्किट घटकों के भौतिक गुण बदल जाते हैं.

भले ही आप एक ऐसा रेडियो एंटीना बनाने में कामयाब रहे जो नीली रोशनी की तरंग दैर्ध्य से मेल खाने के लिए काफी छोटा हो और एक ऐसा उपकरण बनाने में कामयाब रहे जो नीली रोशनी की आवृत्ति पर इलेक्ट्रॉनों को चला सके।, अभी भी एक बड़ी समस्या है जो रास्ते में आती है: एंटीना सामग्री की परमाणु संरचना. बड़े-तरंगदैर्ध्य इलेक्ट्रॉन दोलनों के लिए, एंटीना सामग्री एक समान दिखती है और इसमें महत्वपूर्ण प्रतिरोध का अभाव है. इसके विपरीत, नैनोस्केल दोलनों के लिए, इलेक्ट्रॉनों के परमाणुओं से टकराने और अपनी ऊर्जा को प्रकाश के रूप में उत्सर्जित करने का मौका मिलने से पहले परमाणुओं में अपनी ऊर्जा खोने की अधिक संभावना होती है. इलेक्ट्रॉनों की क्रमबद्ध गति तेजी से परमाणुओं की अव्यवस्थित गति में स्थानांतरित हो जाती है. स्थूल दृष्टि से, हम ऐसा तब कहते हैं जब आवृत्ति बहुत अधिक होती है, अधिकांश विद्युत ऊर्जा को प्रकाश के रूप में उत्सर्जित होने का मौका मिलने से पहले अपशिष्ट ताप में परिवर्तित कर दिया जाता है.

इसलिए तीन मुख्य बाधाएँ हैं: एंटीना के लिए आवश्यक छोटा आकार, उच्च आवृत्ति पर इलेक्ट्रॉनों को चलाने का तरीका खोजने में कठिनाई, और उच्च-आवृत्ति इलेक्ट्रॉनों की गर्मी के कारण अपनी ऊर्जा खोने की प्रवृत्ति. तीन अलग-अलग दृष्टिकोणों का उपयोग करके इन बाधाओं को कुछ हद तक दूर किया जा सकता है: (1) इलेक्ट्रॉनों को छोटे में बंद कर दें, स्थानीयकृत परमाणु/आणविक अवस्थाएँ जहाँ वे परमाणुओं से ज्यादा नहीं टकरा सकते हैं और फिर इस तथ्य का उपयोग करके इलेक्ट्रॉन दोलन को संचालित करते हैं कि जब वे राज्यों के बीच संक्रमण करते हैं तो वे स्वाभाविक रूप से दोलन करते हैं, (2) निर्वात के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को उच्च गति से चुम्बकों के पास से गुजरें, तथा (3) नैनोस्केल का निर्माण करें, सटीक आकार के एंटेना और आपतित प्रकाश का उपयोग करके इलेक्ट्रॉन दोलनों को संचालित करते हैं.

पहली विधि बिल्कुल वैसी ही है जैसे एक पारंपरिक लेजर काम करता है. सामग्रियों को वहां चुना जाता है जहां कुछ इलेक्ट्रॉनों को उपयोगी अवस्था में बंद कर दिया जाता है. इलेक्ट्रॉन नई अवस्थाओं में उत्तेजित होते हैं और फिर अपनी मूल अवस्था में वापस आने के लिए उत्तेजित होते हैं. अंतरिक्ष में दो बिंदुओं के बीच आगे-पीछे दोलन करने के बजाय, एक पारंपरिक लेजर में इलेक्ट्रॉन दो परमाणु/आणविक अवस्थाओं के बीच आगे-पीछे दोलन करते हैं. यह अलग प्रकार का हिलना दोलन की आवृत्ति को उच्च बनाने की अनुमति देता है और इलेक्ट्रॉनों को परमाणुओं से टकराने से रोकने में मदद करता है, जिससे गर्मी के कारण उनकी ऊर्जा नष्ट हो जाती है. लेज़रों में इलेक्ट्रॉनों के परमाणुओं से टकराने की समस्या अभी भी एक समस्या है (वैज्ञानिक इसे प्रभाव कहते हैं “फोनन उत्सर्जन”), लेकिन यह कोई दुर्गम बाधा नहीं है. क्योंकि लेजर दृश्य प्रकाश के नियंत्रित स्रोत हैं, उनका उपयोग सूचना भेजने के लिए उसी तरह किया जा सकता है जैसे रेडियो तरंगें सूचना ले जाती हैं. असल में, फ़ाइबर ऑप्टिक केबल में सूचना-वाहक प्रकाश किरणें होती हैं जो लेज़रों द्वारा बनाई गई थीं (हालांकि, अधिकांश ऑप्टिकल फाइबर दक्षता कारणों से दृश्य प्रकाश के बजाय अवरक्त प्रकाश का उपयोग करते हैं). लेजर का उपयोग सूचना-वाहक दृश्य प्रकाश को मुक्त स्थान के माध्यम से भेजने के लिए भी किया जा सकता है. इस सेट-अप को ऑप्टिकल वायरलेस संचार कहा जाता है.

दूसरी विधि यह है कि एक मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर कैसे काम करता है. इस मामले में, इलेक्ट्रॉनों को बहुत तेज़ गति से निर्वात के माध्यम से शूट किया जाता है और फिर इलेक्ट्रॉनों को उच्च आवृत्ति पर आगे और पीछे घुमाने के लिए चुंबकों की एक श्रृंखला लगाई जाती है, जिससे दृश्य प्रकाश उत्सर्जित होता है. एक मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर जिसे इलेक्ट्रॉनों को हिलने के लिए मजबूर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है 640 THz वास्तव में नियंत्रित तरीके से नीली रोशनी उत्सर्जित करेगा. चूँकि मुक्त इलेक्ट्रॉन लेज़रों को कार्य करने के लिए निर्वात कक्षों और उच्च-शक्ति इलेक्ट्रॉन त्वरक की आवश्यकता होती है, मुक्त इलेक्ट्रॉन लेज़रों का उपयोग अधिकतर प्रयोगशाला सेटिंग में किया जाता है.

तीसरी विधि यह है कि प्लास्मोनिक नैनोएन्टेना कैसे काम करता है. उन सभी उपकरणों में से जो नियंत्रित तरीके से दृश्य प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, प्लास्मोनिक नैनोएन्टेना पारंपरिक रेडियो एंटेना के सबसे करीब हैं. प्लास्मोनिक नैनोएटेना एक नैनोस्केल है, सटीक आकार का धातु एंटीना जिसमें प्लाज्मा प्रतिध्वनि उत्तेजित होती है (गुच्छित इलेक्ट्रॉन दोलन). चूंकि प्लास्मोनिक नैनोएंटेनस उन इलेक्ट्रॉनों पर निर्भर करते हैं जो पारंपरिक रेडियो एंटेना की तरह ही अंतरिक्ष में एक बिंदु से दूसरे बिंदु के बीच आगे-पीछे घूमते हैं।, जब वे दृश्य प्रकाश आवृत्तियों पर काम करते हैं तो थर्मल हानि अभी भी एक बड़ी समस्या है. इस कारण से, ऑप्टिकल प्लास्मोनिक नैनोएन्टेना अभी भी प्रयोगशाला की विषमताएं हैं और नियंत्रित दृश्य प्रकाश के व्यावहारिक स्रोत नहीं हैं. चूँकि लेज़र लगातार सस्ते होते जा रहे हैं, छोटा, और विश्वसनीय, सूचना-वाहक दृश्य प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए प्लास्मोनिक नैनोएन्टेना विकसित करने की वास्तव में कोई प्रेरणा नहीं है. और भी, चूँकि इलेक्ट्रॉनिक सर्किट ऑप्टिकल आवृत्तियों पर नहीं चल सकते, प्लास्मोनिक नैनोएन्टेना को इलेक्ट्रॉनिक सर्किट से जोड़कर उत्तेजित नहीं किया जा सकता है. उन्हें घटना प्रकाश की मार से उत्साहित होना पड़ता है. इस तरह, प्लास्मोनिक नैनोएन्टेना बिल्कुल भी पारंपरिक एंटेना की तरह नहीं हैं. वे बिखरने वाली वस्तुओं की तरह अधिक हैं.

ध्यान दें कि दृश्य प्रकाश बनाने के कई अन्य तरीके हैं; आग, गरमागरम प्रकाश बल्ब, फ्लोरोसेंट प्रकाश बल्ब, गैस डिस्चार्ज ट्यूब, रासायनिक प्रतिक्रिएं; लेकिन इनमें से कोई भी तरीका नियंत्रित तरीके से दृश्य प्रकाश उत्पन्न नहीं करता है (अर्थात. सुसंगत दृश्य प्रकाश) जैसे कि प्रकाश तरंगों पर बहुत सारी जानकारी ले जाई जा सकती है, जैसा कि रेडियो तरंगों के साथ किया जाता है.

श्रेय:HTTPS के://wtamu.edu/~cbaird/sq/2015/10/02/can-radio-antennas-emit-visible-light/