Kann ich eine Antenne als Lichtquelle verwenden?

Mit Ihrer Frage greifen Sie eines der sich derzeit am schnellsten entwickelnden Felder auf: die Nanophotonik . Lassen Sie mich im Folgenden erläutern, warum dies tatsächlich so ist.

Dipolantennen

Es war Heinrich Hertz , Schüler von Kirchhoff und Helmholtz , der versuchte, Maxwells Gleichungen zu verifizieren, indem er elektromagnetische Strahlung erzeugte, indem er eine Dipolantenne aus einer irgendwie transformierten RLC-Schaltung baute :

Dies ist der physikalische Grund, auf dem wir Ihre Frage untersuchen müssen, um eine Vorstellung davon zu bekommen, ob optische Antennen möglich sind und ob Sie einige Ihrer verwenden könnten, um rotes Licht zu erzeugen. Schauen wir uns also den charakteristischen Wert einer solchen Antenne an: ihre Länge.

Längenskalen

Grob gesagt muss man, um mit der erwähnten Antennenform Strahlung erzeugen zu können, der Antenne eine stehende Welle aufprägen. Unter der Annahme, dass die Reflexion an den Enden der Antenne irgendwie perfekt ist, stellen wir fest, dass eine Antenne eine Länge von ungefähr hat

Betrachtet man das elektromagnetische Spektrum ,

rotes licht hat eine wellenlänge von etwa 600 bis 700nm, die deine antenne haben wird

Aus dieser Sicht scheint es also sehr unwahrscheinlich , dass ein Laie in der Lage sein wird, eine Antenne herzustellen, die Licht bei optischen Frequenzen aussenden kann.

Aufrichtig

Ja, wenn Sie es erhitzen :) Aber vorausgesetzt, Sie möchten es auf die übliche Weise verwenden, lautet die Antwort nein.

Die Farbe des Lichts hängt von seiner Wellenlänge ab (vorausgesetzt, es ist monochromatisch; andernfalls handelt es sich um eine Mischung seiner Komponenten). Normale Antennen haben eine Längenskala in der Größenordnung von Zentimetern bis Metern, was etwas länger ist als Mikrowellenstrahlung, die immer noch weit außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt.

Um sichtbares Licht zu erhalten, benötigen Sie Wellenlängen in der Größenordnung von 100 nm (und speziell für rotes Licht um 600 nm). Wo bekommt man so kurze Längen? Nun, Licht trägt Energie umgekehrt proportional zu seiner Wellenlänge. Es stellt sich heraus, dass diese dem sichtbaren Licht entsprechenden Energien oft in den Absorptions-/Emissionsenergien gewöhnlicher Atome vorhanden sind (was letztlich dazu führt, dass manche Objekte rot aussehen). Natürlich sollte dieses Argument eigentlich umgekehrt sein: Die Tatsache, dass unser Auge auf sichtbares Licht reagiert, liegt daran, dass es sich um die Art von Strahlung handelt, die um uns herum zu finden ist. Aber ich schweife ab.

Und wie eingangs angedeutet, kann man auch rotes Licht bekommen, wenn man Sachen erhitzt. Dies liegt daran, dass bei einer bestimmten Temperatur die thermische Energie genau richtig ist, um (meistens) rotes Licht zu erzeugen.

In jedem Fall müssen Sie zur Erzeugung von rotem Licht (insbesondere kohärent wie bei Lasern) die obige Beobachtung zu Absorption und Emission verwenden und Ihr Gerät auf Halbleitern, Kristallen usw.

Vergessen Sie nicht, dass sich der Mechanismus, durch den gewöhnliche Atome sichtbares Licht aussenden, nicht wirklich von dem unterscheidet, was klassische Antennen tun, wie ich in diesem Blogpost zeige . Ein angeregtes Atom befindet sich in einer Überlagerung von zwei Quantenzuständen, und die Überlagerung von Zuständen ergibt eine oszillierende Ladungsverteilung. Ich verwende die Larmor-Formel, um die Strahlung aus dieser oszillierenden Ladungsverteilung zu berechnen, und ich erhalte die gleiche Ausgangsleistung, die Sie erhalten, wenn Sie die Goldene Regel von Fermi verwenden, um die Wahrscheinlichkeit eines Quantensprungs zwischen den beiden Zuständen zu berechnen.