Kann man mit einer Antenne Licht erzeugen?

Photonik ist eine Sache, und sie behandelt Licht sehr stark als elektromagnetische Wellen in Wellenleitern auf Silizium, mit Mischern, Verzögerungsleitungen, Anpassungsschaltungen, Verstärkern usw., wie Sie es für eine RFIC tun würden.

So wie eine Antenne das zu übertragende Signal nicht erzeugt, wird ein Oszillator verwendet, um eine Trägerwelle zu erzeugen – nur dass der Oszillator zufällig eine Laserdiode ist, manchmal auf demselben Substrat, anstelle eines diskreten Transistors, eines L und a C. Eine Antenne ist nur ein Impedanzanpasser zwischen Übertragungsleitung und freiem Raum, und das finden Sie auf jedem Laserdiodenchip, Standard-LED-Chip, an dem Punkt, an dem Sie versuchen, die oberflächengebundene oder substratwandernde Lichtwelle in umzuwandeln etwas, das in die Faser oder eine Linse oder in den freien Raum emittiert wird.

Was Sie definitiv nicht finden, ist der klassische Dipol, der mit einem Strom gespeist wird, der von einem Oszillator kommt. Das funktioniert nicht, da die meisten dieser Komponenten eine vergleichbare Größe wie die Antenne haben. Aber es gibt photonische Antennen. Diese wandeln eine Freiraum-EM-Welle in eine geführte Welle um, genau wie die Antenne Ihres Telefons Freiraumwellen in Wellen in einem Koaxialkabel umwandelt (und umgekehrt), während sie gleichzeitig Dinge mit einer Lichtwelle mischen. Dies ist keine Antenne im Sinne von a$\lambda/4$-Monopol oder so.

Sie sind fummelig:

^{THz-Antenne gekoppelt mit einem Hochgeschwindigkeits-Plasmon-Photodetektor aus Silizium, der die optoelektronische Erzeugung und Detektion von Wellen durch Photomischung innerhalb einer THz-Bandbreite ermöglicht. Quelle: Institut für Photonik und Quantenelektronik (IPQ), Karlsruher Institut für Technologie}

Die Wellenlänge von 750 THz beträgt 400 nm, Ihr Dipol müsste also 200 nm lang sein, um eine strahlende Antenne herzustellen, aber Ihr größtes Problem (im Jahr 2021 und wahrscheinlich darüber hinaus) besteht darin, eine Frequenz von 750 THz erzeugen zu können. Überlassen Sie es den Optikern, ist mein Rat.

Eine weitere Überlegung (aus klassischen Friis-Gleichungen ) ist, dass der Pfadverlust (von einer Sendeantenne zu einer Empfangsantenne) proportional zur Frequenz ist. Dies liegt daran, dass eine Empfangsantenne mit der Frequenz schrumpft und daher nicht das gleiche E-Feld erfassen kann. Mit anderen Worten, wenn die Frequenz ansteigt, verkürzt sich die Dipollänge und das "eingefangene" E-Feld nimmt ab.

Friis-Pfadverlustgleichung für Entfernung (d) in Metern und Frequenz (f) in MHz: -

• Bei einem Abstand von 1 Meter und einer Frequenz von 1 GHz beträgt der Pfadverlust 32,45 dB

• Bei 1000 GHz (1 THz) beträgt die Pfaddämpfung 92,45 dB

• Bei 750 THz beträgt die Pfaddämpfung (über 1 Meter) 149,95 dB, dh die Pfaddämpfung wird ziemlich hoch (und das gilt nur für eine Entfernung von 1 Meter).

Die anderen Antworten sind richtig, die Lichtfrequenz (dh sichtbares Licht) ist so schnell, dass es wirklich schwierig ist. Menschen erzeugen THz-Licht (noch länger als Infrarot) mit Antennen und können sogar Mittel-Infrarot-Licht mit Nanometer-Antennen erzeugen – aber das ist hochtechnisch, erfordert Teams von Wissenschaftlern und Millionen von Dollar.

Es gibt eine andere Möglichkeit, Licht von einer Antenne zu erzeugen. Fahren Sie es mit einem unglaublich hohen Strom, so dass es sich erwärmt. Wenn es heißer wird, erzeugt es Schwarzkörperstrahlung im Infrarot (und etwas Rot). Es wird wahrscheinlich kurz danach schmelzen, aber Sie haben sichtbares Licht von einer Antenne erzeugt!

Hier ist ein frei zugängliches Papier, das eine Yagi-Uda-Antenne beschreibt, die Licht bei 830 nm emittiert.

Kullock, R., Ochs, M., Grimm, P. et al. Elektrisch betriebene Yagi-Uda-Antennen für Licht. Nat Commun 11, 115 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-019-14011-6

Nein, es ist nicht möglich. Die Eigenschaften der Materialien sind bei solchen Frequenzen sehr unterschiedlich.

Betrachten Sie die Materialien, die typischerweise in der Chipherstellung verwendet werden. Wir verwenden Aluminium als Leiter und Siliziumdioxid (Glas) als Isolator. Aber bei 750 THz blockiert Aluminium das EM-Feld, indem es es entweder reflektiert oder als zufällige thermische Energie absorbiert. Und Glas passiert das Feld ziemlich gut – deshalb verwenden wir heute Glasfasern für die Fernkommunikation.

Wie würden Sie also in Anbetracht dessen eine "Antenne" konstruieren?

Laut KD9PDP oben bin ich vor etwa 40 Jahren auf einen anderen Amateurfunker mit einem SEHR starken Signal auf einem 75-Meter-Einseitenband gestoßen. Es stellte sich heraus, dass er IN SEINEM AUTO 3 kW Spitzenleistung betrieb ! Um dies zu erreichen, hatte er einen speziell gewickelten 3-Phasen-Generator unter der Haube, der Hochspannung erzeugte und die Komplexität seines linearen Verstärker-Netzteils reduzierte. Als er sprach, bildete sich um die Spitze seiner mittig geladenen Antenne ein absolut beeindruckender sichtbarer Ionisationsball, und ein Ton, wie AM-demoduliertes SSB, war deutlich hörbar. Er hatte ein Opferdrahtstück am Ende seiner Antenne, das aufgrund des Lichtbogens regelmäßig ersetzt werden musste.

Natürlich war eine solche Einrichtung illegal, weil sie die Leistungsbegrenzung überschritten hatte, und wäre jetzt aufgrund moderner Beschränkungen der Exposition von Menschen gegenüber elektromagnetischen Feldern und anderer Sicherheitsanforderungen in Amateur-Sendegeräten noch illegaler.

Aber ja, er erzeugte Licht am Ende seiner Antenne.

Nun zurück zu meiner 30-Watt-Hochleistungsanlage ... . . . K6YVL

Radiowellen und Licht sind dasselbe: EM-Strahlung. Wenn Sie also ein HF-Signal mit einer Frequenz von 750 THz erzeugen könnten, würden wir dies als Licht empfangen.