Antena za redio zinaweza kutoa mwanga unaoonekana

Antena za redio zinaweza kutoa mwanga unaoonekana, lakini labda sio kwa njia unayofikiria. Ikiwa unasukuma nishati ya kutosha kwenye antena ya redio, unaweza kuipasha moto hadi inawaka na kutoa mwanga unaoonekana kupitia mchakato wa mionzi ya joto. Walakini, antena ya kawaida ya redio haiwezi kutoa mwanga unaoonekana unaobeba habari, sawa na jinsi inavyofanya na mawimbi ya redio. Kuna, hata hivyo, vifaa vingine vinavyoweza kufanya hivyo.

Kama unaweza kuwa umejifunza, mawimbi ya sumakuumeme huja katika masafa mengi tofauti, kutoka kwa redio, infrared, inayoonekana, na mionzi ya ultraviolet kwa x-rays na mionzi ya gamma. Mwangaza mwekundu unaotolewa na kifimbo cha mwanga kimsingi ni sawa na wimbi la redio linalotolewa na kipanga njia chako cha Wi-Fi.. Zote mbili ni mawimbi ya sumakuumeme. Nuru nyekundu ina masafa ya juu zaidi kuliko wimbi la redio (frequency ni kipimo cha mizunguko mingapi ambayo wimbi hukamilisha kila sekunde). Kwa sababu kimsingi zinafanana, unaweza kujaribiwa kuhitimisha kwamba unaweza kupata antena ya redio kutoa mwanga unaodhibitiwa kwa kuinua tu masafa ya mzunguko unaoendesha antena.. Ingawa hii ina maana kwa mtazamo wa kwanza, ukweli wa mali ya nyenzo ya antenna hupata njia. Antena ya redio hufanya kazi kwa kutumia saketi za umeme kusukuma elektroni juu na chini ya antena, kusababisha sehemu za umeme za elektroni kutikiswa juu na chini pia. Sehemu hizi za umeme zinazozunguka husafiri mbali kama mawimbi ya redio ya kielektroniki. Mzunguko wa wimbi la redio ni sawa na mzunguko ambao unasukuma elektroni juu na chini ya antenna.

Antena ya kawaida ya kipanga njia cha Wi-Fi hutoa mawimbi ya redio ambayo yana mzunguko wa 2.4 GHz (2.4 mizunguko ya bilioni kwa sekunde), ambayo inalingana na urefu wa wimbi la 12.5 sentimita. Kwa ujumla, antena ya redio hutoa mawimbi kwa ufanisi zaidi wakati urefu wake ni sawa na urefu wa wimbi la wimbi la redio., au hadi nusu au robo ya urefu wa mawimbi. Kwa hivyo haishangazi kuwa antena kwenye kipanga njia chako cha Wi-Fi zinahusu 12.5 urefu wa sentimita. Tofauti, urefu wa wimbi la mwanga wa bluu ni karibu 470 nanometers. Ili kukupa wazo, hii ni ndogo mara mia kuliko seli ndogo zaidi katika mwili wako. Mwanga wa samawati una urefu wa mawimbi unaokaribia 300,000 mara ndogo kuliko ile ya wimbi la redio la Wi-Fi. Antena ya redio ya ukubwa wa kawaida ni kubwa mno kuweza kutoa mwanga unaoonekana kwa ufanisi kwa sababu ya ukubwa huu kutolingana., hata kama tuliweza kushinda matatizo ya nyenzo. Unaweza kufikiria kuwa tunaweza kukata tu ukubwa wa antena ili kuendana na urefu wa wimbi la mwanga unaoonekana, lakini antena kama hiyo inapaswa kuwa tu 1000 atomi kwa muda mrefu. Kufanya antenna ndogo vile ni vigumu, lakini haiwezekani. Sehemu inayoibuka ya nanoantena za plasmonic hukamilisha kazi hii, kama nitakavyojadili mwishoni mwa makala hii. Hata ikiwa umefanikiwa kutengeneza antenna ndogo kama hiyo, bado unahitaji kujenga mzunguko wa umeme ambao unaweza kuendesha elektroni juu na chini ya antenna kwa mzunguko sahihi. Mzunguko wa mwanga wa bluu ni karibu 640 THz (640 trilioni kwa sekunde). Saketi za kielektroniki zinaweza tu kuendesha mikondo ya umeme ambayo huzunguka vizuri zaidi katika mamia ya GHz (mamia ya mabilioni ya mizunguko kwa sekunde). Ukijaribu kwenda juu zaidi, nyaya za elektroniki huacha kufanya kazi kwa sababu mali ya nyenzo ya vipengele vya mzunguko hubadilika.

Hata kama umeweza kutengeneza antena ya redio ambayo ni ndogo ya kutosha kuendana na urefu wa mawimbi ya mwanga wa bluu na ukaweza kuunda kifaa kinachoweza kuendesha elektroni kwa mzunguko wa mwanga wa bluu., bado kuna shida moja kubwa ambayo inazuia: muundo wa atomiki wa nyenzo za antenna. Kwa oscillations ya elektroni ya urefu wa wimbi kubwa, nyenzo ya antenna inaonekana sare na haina upinzani mkubwa. Tofauti, kwa oscillations ya nanoscale, elektroni zina uwezekano mkubwa wa kugonga atomi na kupoteza nishati kwa atomi kabla ya kupata nafasi ya kutoa nishati yao kama mwanga.. Mwendo ulioamriwa wa elektroni huhamishwa haraka kwa mwendo usio na utaratibu wa atomi. Macroscopically, tunasema kwamba wakati frequency ni kubwa sana, nishati nyingi za umeme hubadilishwa kuwa joto taka kabla ya kupata nafasi ya kutolewa kama mwanga.

Vikwazo vitatu kuu ni hivyo: ukubwa mdogo unaohitajika kwa antenna, ugumu wa kutafuta njia ya kuendesha elektroni kwa mzunguko wa juu, na tabia ya elektroni za masafa ya juu kupoteza nishati kwa joto. Vikwazo hivi vinaweza kushindwa kwa kiasi fulani kwa kutumia mbinu tatu tofauti: (1) funga elektroni kwa ndogo, hali za atomiki/molekuli zilizojanibishwa ambapo haziwezi kugonga atomi kwa wingi na kisha kuendesha mizunguko ya elektroni kwa kutumia ukweli kwamba kwa asili huzunguka wakati zinapita kati ya majimbo., (2) piga elektroni kupitia utupu kwa sumaku za kasi zilizopita, na (3) kujenga nanoscale, antena zenye umbo sahihi na kuendesha oscillations ya elektroni kwa kutumia mwanga wa tukio.

Njia ya kwanza ni jinsi laser ya jadi inavyofanya kazi. Nyenzo huchaguliwa ambapo elektroni fulani zimefungwa katika hali muhimu. Elektroni hufurahishwa na majimbo mapya na kisha kuchochewa kurudi kwenye hali zao za asili. Badala ya kuzunguka-zunguka na kurudi kati ya pointi mbili angani, elektroni katika leza ya kitamaduni huzunguka na kurudi kati ya hali mbili za atomiki/molekuli. Aina hii tofauti ya kuyumbayumba huruhusu marudio ya msisimko kuwa juu na husaidia kuzuia elektroni kugonga atomi., na hivyo kupoteza nguvu zao kwa joto. Tatizo la elektroni kugongana na atomi bado ni tatizo katika leza (wanasayansi huita athari hii “utoaji wa phonon”), lakini sio kikwazo kisichoweza kushindwa. Kwa sababu lasers ni vyanzo vinavyodhibitiwa vya mwanga unaoonekana, zinaweza kutumika kutuma habari zinazofanana na jinsi mawimbi ya redio yanavyobeba habari. Kwa kweli, nyaya za fiber optic zina miale ya mwanga inayobeba habari ambayo iliundwa na leza (ingawa, nyuzi nyingi za macho hutumia mwanga wa infrared badala ya mwanga unaoonekana kwa sababu za ufanisi). Lasers pia inaweza kutumika kutuma taarifa-kubeba mwanga inayoonekana kupitia nafasi ya bure. Mpangilio huu unaitwa mawasiliano ya wireless ya macho.

Njia ya pili ni jinsi laser ya elektroni ya bure inavyofanya kazi. Kwa kesi hii, elektroni hupigwa kupitia utupu kwa kasi ya juu sana na kisha mfululizo wa sumaku huwekwa ili kufanya elektroni kuzunguka na kurudi kwa mzunguko wa juu., na hivyo kutoa mwanga unaoonekana. Laser ya elektroni isiyolipishwa ambayo imeundwa kulazimisha elektroni kuzungusha 640 THz hakika itatoa mwanga wa bluu kwa njia iliyodhibitiwa. Kwa kuwa leza za elektroni za bure zinahitaji vyumba vya utupu na vichapuzi vya elektroni zenye nguvu nyingi ili kufanya kazi, leza za elektroni za bure hutumiwa zaidi katika mpangilio wa maabara.

Njia ya tatu ni jinsi nanoantenna za plasmonic zinavyofanya kazi. Kati ya vifaa vyote vinavyotoa mwanga unaoonekana kwa njia inayodhibitiwa, nanoantena za plasmonic ndizo zilizo karibu zaidi na antena za jadi za redio. Nanoatenna ya plasmonic ni nanoscale, antena ya chuma yenye umbo sahihi ambayo ina miale ya plasma iliyosisimka ndani yake (oscillations ya elektroni iliyounganishwa). Kwa kuwa nanoantena za plasmonic hutegemea elektroni ambazo huteleza na kurudi kati ya nukta moja angani na nyingine kama vile antena za jadi za redio., upotezaji wa mafuta bado ni shida kubwa wakati zinafanya kazi kwa masafa ya mwanga inayoonekana. Kwa sababu hii, nanoantena za plasmonic za macho bado ni tabia za kimaabara na si vyanzo halisi vya mwanga unaodhibitiwa.. Kwa kuwa lasers zinazidi kuwa nafuu, ndogo, na ya kuaminika, hakuna motisha ya kuunda nanoantena za plasmonic ili kutoa taa inayobeba habari.. Zaidi ya hayo, kwani nyaya za elektroniki haziwezi kukimbia kwa masafa ya macho, nanoantena za plasmonic haziwezi kusisimua kwa kuziunganisha kwenye mzunguko wa kielektroniki. Wanapaswa kusisimka kwa kupigwa na mwanga wa tukio. Kwa njia hii, nanoantena za plasmonic si kama antena za kitamaduni hata kidogo. Wao ni zaidi kama vitu vya kutawanya.

Kumbuka kwamba kuna njia nyingine nyingi za kuunda mwanga unaoonekana; moto, balbu za taa za incandescent, balbu za taa za fluorescent, zilizopo za kutokwa kwa gesi, athari za kemikali; lakini hakuna kati ya njia hizi zinazounda nuru inayoonekana kwa njia inayodhibitiwa (yaani. mwanga unaoonekana unaoshikamana) hivi kwamba habari nyingi zinaweza kubebwa kwenye mawimbi ya mwanga, sawa na inavyofanywa na mawimbi ya redio.

Mikopo:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2015/10/02/can-redio-antena-emit-visible-light/