.سیم اطراف خودش میدان الکترومغناطیس تولید میکند .اما در حوزه نور مرئی نیست. طبق .قوانین ماکسول فارادی خطوط میدان مغناطیسی سیم حامل جریان را احاطه میکنند.$\text{B}=\frac{\mu _{\text{o}}\text{I}}{4\pi}\int \frac{\text{d}\mathscr{\text{l}}\times \hat{\text{r}}}{\text{r}^{2}}$
جریان های الکتریکی امواج الکترومغناطیسی هستند ، دقیقاً مانند نور. تنها تفاوت در فرکانس هست.. جریان ها از طریق هادی ها در نوسانات بسیار کم انتشار می یابند در حالی که نور در فرکانس بالا در فضا پخش می شود.به فرم ریاضی میدان الکتریکی و مغناطیس دقت کنید $\large \oint_{C} B.dl = \mu_{0} \int_{S} J.dS + \mu_{0}\varepsilon_{0} \frac{\text{d}}{\text{d}t} \int_{S} E.dS$
واضح است که آنتن ها چیزی جز وسیله ای برای تابش انرژی الکتریکی از طریق امواج الکترومغناطیسی نیستند.(نور مرئی یک اکتاو کامل از 380 تا 740 نانومتر یا 430-770 THz را اشغال می کند). این معادل مشکلاتی است که طراحان RF پهن باند با آن روبرو هستند ، اما RF پهن باند به ندرت حتی 5 درصد از فرکانس حامل را پوشش می دهد.آنتن ها را می توان به عنوان منبع نوری در نظر گرفت ، اما به گونه ای دیگر ساطع می شود. اگر آنتن RF معمولی را در نظر دارید ، این نورها نور مرئی را که اطلاعات را حمل می کند ، تابش نمی کنند ، زیرا فرکانس نور بسیار بالاتر از فرکانس تشدید آنتن است. یک آنتن RF معمولی (3 کیلوهرتز و 300 گیگاهرتز) به دلیل این عدم تطابق اندازه ، بسیار بزرگ است تا نتواند نور مرئی (430-770 THz) را به طور مitثر منتشر کند. اما با برخی آنتن ها مانند نانو آنتن های پلاسمونی امکان پذیر است. از بین چندین دستگاهی که نور مرئی را به صورت کنترل شده ساطع می کنند ، نانو آنتن های پلاسمونی نزدیک ترین آنتن های رادیویی سنتی هستند.
آنتن ساخته شده از نانولوله های کربنی می تواند نور مرئی را ضبط کند ، همانطور که آنتن های رادیویی امواج رادیویی را می گیرند. سیگنال های رادیویی و تلویزیونی با استفاده از آنتن هایی به اندازه طول موج تابش پخش می شوند.مقیاس های طول
به طور کلی ، برای ایجاد تابش با آنتن های ذکر شده ، باید یک موج ایستاده را روی آنتن تحمیل کنید. با فرض اینکه بازتاب انتهای آنتن به نحوی کامل است ، متوجه می شویم که طول آنتن تقریباً $L \approx \frac\lambda2\,.$اگر به طیف الکترومغناطیسی نگاه کنید ،
طول موج نور قرمز حدود 600 تا 700 نانومتر است ، آنتن شما خواهد داشت$L\approx 300nm$300 نانومتر
که فوق العاده کوچک است به همین دلیل است که آنتن های فرکانس نوری تحت تحقیقات فعلی هستند ،
بله ، آنتن های رادیویی می توانند نور مرئی را منتشر کنند ، اما احتمالاً نه آنطور که شما فکر می کنید. اگر انرژی کافی را به آنتن رادیویی پمپ کنید ، می توانید آن را گرم کنید تا زمانی که تابش کند و نور مرئی از طریق تابش حرارتی منتشر شود. ... لیزر کاربردی ترین معادل نور مرئی آنتن رادیویی است.
بله ، آنتن های رادیویی می توانند نور مرئی را منتشر کنند ، اما احتمالاً نه آنطور که شما فکر می کنید. اگر انرژی کافی را به آنتن رادیویی منتقل کنید ، می توانید آن را گرم کنید تا زمانی که تابیده شود و از طریق فرایند تابش حرارتی نور مرئی منتشر کند. با این حال ، یک آنتن رادیویی معمولی نمی تواند نور مرئی را که اطلاعات را حمل می کند ، مانند آنچه در امواج رادیویی انجام می دهد ، منتشر کند. با این حال ، دستگاه های دیگری وجود دارند که می توانند این کار را انجام دهند.
همانطور که ممکن است آموخته باشید ، امواج الکترومغناطیسی در فرکانس های مختلفی وجود دارند ، از رادیو ، مادون قرمز ، مرئی و فرابنفش گرفته تا اشعه ایکس و اشعه گاما. چراغ قرمز ساطع شده توسط یک چوب درخشان اساساً همان موج رادیویی است که توسط روتر Wi-Fi شما ساطع می شود. هر دو امواج الکترومغناطیسی هستند. نور قرمز فقط فرکانس بسیار بالاتری نسبت به موج رادیویی دارد (فرکانس معیاری از تعداد چرخه های موج در هر ثانیه است). از آنجا که آنها اساساً یکسان هستند ، می توانید وسوسه شوید که نتیجه بگیرید که می توانید از یک آنتن رادیویی استفاده کنید تا با مشاهده فرکانس مداری که آنتن را هدایت می کند ، نور مرئی کنترل شده را منتشر کند. در حالی که این امر در نگاه اول منطقی به نظر می رسد ، واقعیت خواص مواد آنتن ها مانع می شود. یک آنتن رادیویی با استفاده از مدارهای الکتریکی الکترونها را به بالا و پایین آنتن فشار می دهد و باعث می شود میدانهای الکتریکی الکترونها نیز بالا و پایین حرکت کنند. این میدانهای الکتریکی در حال نوسان به عنوان امواج رادیویی الکترومغناطیسی دور می شوند. فرکانس موج رادیویی برابر با فرکانسی است که در آن الکترونها را به بالا و پایین آنتن فشار می دهید.
یک آنتن رادیویی روتر Wi-Fi معمولی امواج رادیویی را منتشر می کند که دارای فرکانس 2.4 گیگاهرتز (2.4 میلیارد سیکل در ثانیه) هستند که برابر با طول موج 12.5 سانتی متر است. به طور کلی ، یک آنتن رادیویی وقتی موجهایی را تولید می کند که طول آن برابر طول موج موج رادیویی یا نیم یا یک چهارم طول موج باشد. بنابراین نباید تعجب آور باشد که طول آنتن های روتر Wi-Fi شما حدود 12.5 سانتی متر است. در مقابل ، طول موج نور آبی حدود 470 نانومتر است. برای اینکه بتوانید ایده ای به دست آورید ، این سلول صد برابر کوچکتر از کوچکترین سلول بدن شما است. نور آبی دارای طول موجی است که حدود 300000 برابر کوچکتر از موج رادیویی Wi-Fi است. یک آنتن رادیویی با اندازه معمولی به سادگی بیش از حد بزرگ است که به دلیل این ناهماهنگی اندازه ، نتواند نور مرئی را به طور مitثر منتشر کند ، حتی اگر بتوانیم بر مشکلات مادی غلبه کنیم. ممکن است فکر کنید ما می توانیم اندازه آنتن را برای مطابقت با طول موج نور مرئی کوچک کنیم ، اما چنین آنتن ای فقط باید 1000 اتم طول داشته باشد. ساخت چنین آنتن کوچکی دشوار است ، اما غیر ممکن نیست. همانطور که در پایان این مقاله بحث خواهم کرد ، زمینه های نوظهور نانو آنتن های پلاسمونی این کار را انجام می دهد. حتی اگر آنتن کوچکی را با موفقیت بسازید ، باز هم باید یک مدار الکترونیکی بسازید که بتواند الکترونها را با فرکانس مناسب آنتن را بالا و پایین کند. فرکانس نور آبی حدود 640 THz (640 تریلیون چرخه در ثانیه) است. مدارهای الکترونیکی فقط می توانند جریانهای الکتریکی را که در بهترین حالت در صدها گیگاهرتز نوسان می کنند (صدها میلیارد سیکل در ثانیه) هدایت کنند. اگر سعی می کنید بالاتر بروید ، مدارهای الکترونیکی از کار می افتند زیرا خواص مواد اجزای مدار تغییر می کند.
حتی اگر بتوانید آنتن رادیویی بسازید که به اندازه کافی کوچک باشد و با طول موج نور آبی مطابقت داشته باشد و بتوانید دستگاهی ایجاد کنید که بتواند الکترونها را در فرکانس نور آبی هدایت کند ، باز هم یک مشکل عمده وجود دارد: ساختار اتمی مواد آنتن برای نوسانات الکترونی با طول موج بزرگ ، مواد آنتن یکنواخت به نظر می رسند و مقاومت قابل توجهی ندارند. در مقابل ، برای نوسانات در مقیاس نانو ، الکترونها بیشتر به اتم ها برخورد کرده و قبل از اینکه فرصتی برای ساطع شدن انرژی خود به عنوان نور داشته باشند ، به اتم ها برخورد کرده و انرژی خود را از دست می دهند. حرکت منظم الکترونها به سرعت به حرکت نامنظم اتمها منتقل می شود. از نظر کلان ، ما می گوییم که وقتی فرکانس بسیار زیاد است ، بیشتر انرژی الکتریکی قبل از اینکه فرصتی برای انتشار به عنوان نور داشته باشد ، به گرمای تلف شده تبدیل می شود.
سه مانع اصلی عبارتند از: اندازه کوچک مورد نیاز برای آنتن ، مشکل در یافتن راهی برای هدایت الکترونها با فرکانس بالا و تمایل الکترونهای فرکانس بالا برای از دست دادن انرژی خود در برابر گرما. این موانع را می توان با استفاده از سه رویکرد مختلف تا حدودی برطرف کرد: (1) الکترونها را در حالتهای کوچک و موضعی اتمی/مولکولی قفل کرده و در آنجا آنها نمی توانند زیاد به اتمها برخورد کنند و سپس نوسانات الکترون را با استفاده از این واقعیت که به طور طبیعی هنگامی که بین حالتها گذار می کنند ، نوسان می کنند ، (2) الکترونها را از طریق خلا با سرعت بالا از آهن ربا عبور می دهند ، و (3) آنتن هایی با مقیاس نانو ، دقیق شکل می دهند و با استفاده از نور برخورد ، نوسانات الکترون را هدایت می کنند.
روش اول دقیقاً نحوه عملکرد لیزر سنتی است. مواد در جایی انتخاب می شوند که الکترون های خاصی در u قفل شده اند
آیا می توان از یک اسیلاتور LC برای تولید نور مرئی استفاده کرد؟نوسانگر LC بیشتر برای تولید امواج رادیویی برای استفاده عملی استفاده می شود و فرکانس ω نوسانگر LC برابر با موج الکترومغناطیسی تولید شده است. بنابراین ، آیا در اصل می توان از آنها برای انتشار نور مرئی استفاده کرد؟
فرکانس نور مرئی چند صد تراهرتز است و فرکانس نوسان ساز LC $\omega = \frac{1}{\sqrt{LC}}$
.I hope I help you understand the question. Roham Hesami
رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا