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¿Es posible generar luz con una antena?

Una antena (por ejemplo, un dipolo) es capaz de radiar a una frecuencia determinada gracias al campo EM generado por una corriente suministrada por un generador de señales a dicha frecuencia.

Así, por ejemplo:

Fuente de tensión a frecuencia f (que representa un amplificador) + Antena de conductores = Radiación a frecuencia f

Mi pregunta es: ¿es posible (o, tal vez será posible) generar luz utilizando una fuente de tensión a la frecuencia de la luz (480-750THz)?

Todas las fuentes de luz que he visto se realizan utilizando mecanismos distintos de la radiación EM, como los LED, el LASER, etc.

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DmitrySandalov Puntos 129

La fotónica es algo que trata la luz como ondas electromagnéticas en guías de ondas sobre silicio, con mezcladores, líneas de retardo, circuitos de adaptación, amplificadores, etc., como se haría en un RFIC.

Al igual que una antena no genera la señal que se va a transmitir, un oscilador se utiliza para generar una onda portadora, sólo que el oscilador resulta ser un diodo láser, a veces en el mismo sustrato, en lugar de un transistor discreto, una L y una C. Una antena es sólo un igualador de impedancias entre la línea de transmisión y el espacio libre, y eso es lo que se encuentra en cada matriz de diodo láser, matriz de LED estándar en el punto en el que se intenta convertir la onda luminosa que viaja por la superficie o el sustrato en algo emitido a la fibra o a una lente o al espacio libre.

Lo que definitivamente no se encuentra es el dipolo clásico alimentado con una corriente procedente de un oscilador. Eso no funciona, ya que la mayoría de esos componentes tienen un tamaño comparable al de la antena. Pero existen antenas fotónicas. Éstas convierten una onda EM de espacio libre en una onda guiada, del mismo modo que la antena de tu teléfono convierte las ondas de espacio libre en ondas en un cable coaxial (y viceversa), mezclando simultáneamente las cosas con una onda luminosa. No se trata de una antena en el sentido de una \$\lambda/4\$ -monopolo o algo así.

Son complicados:

Terahertz antenna Antena THz acoplada a un fotodetector plasmónico de silicio de alta velocidad que permite la generación y detección optoelectrónica de ondas por fotomezcla dentro de un ancho de banda de THz. Fuente: Instituto de Fotónica y Electrónica Cuántica (IPQ), Instituto de Tecnología de Karlsruhe

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ianb Puntos 659

La longitud de onda de 750 THz es de 400 nm, por lo que el dipolo tendría que medir 200 nm para formar una antena radiante, pero el mayor problema (en 2021 y probablemente después) es poder producir una frecuencia de 750 THz. Mi consejo es que se lo dejes a los ópticos.

Otra consideración (de la clásica Ecuaciones de Friis ) es que la pérdida de trayecto (de una antena emisora a una antena receptora) es proporcional a la frecuencia. Esto se debe a que una antena receptora se encoge con la frecuencia y, por tanto, no puede captar el campo E de la misma magnitud. En otras palabras, a medida que aumenta la frecuencia, la longitud del dipolo se acorta y el campo E "capturado" se reduce.

Ecuación de pérdida de trayectoria de Friis para distancia (d) en metros y frecuencia (f) en MHz: -

$$20\log_{10}(d) + 20\log_{10}(f) - 27.55$$

  • Si la distancia es de 1 metro y la frecuencia de 1 GHz, la pérdida de trayecto es de 32,45 dB

  • A 1000 GHz (1 THz), la pérdida de trayectoria es de 92,45 dB

  • A 750 THz, la pérdida de trayectoria (a más de 1 metro) es de 149,95 dB, es decir, la pérdida de trayectoria es bastante alta (y eso sólo para una distancia de 1 metro).

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sonicli Puntos 11

Las otras respuestas son correctas, la frecuencia de la luz (es decir, la luz visible) es tan rápida que es realmente difícil de hacer. Se produce luz THz (de longitud de onda aún mayor que la infrarroja) con antenas, e incluso luz infrarroja media con antenas nanométricas, pero es un proceso muy técnico que requiere equipos de científicos y millones de dólares.

Hay otra forma de generar luz a partir de una antena. Condúcela con una corriente increíblemente alta de forma que se caliente. A medida que se caliente, generará radiación de cuerpo negro en el infrarrojo (y un poco de rojo). Probablemente se derretirá poco después, ¡pero habrás creado luz visible a partir de una antena!

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george heitzer Puntos 18

Aquí es un artículo de libre acceso que describe una antena Yagi-Uda que emite luz a 830 nm.

Kullock, R., Ochs, M., Grimm, P. et al. Antenas Yagi-Uda accionadas eléctricamente para la luz. Nat Commun 11, 115 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-019-14011-6

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GSerg Puntos 33571

No, no es posible. Las propiedades de los materiales son muy diferentes a esas frecuencias.

Piense en los materiales que se suelen utilizar en la fabricación de chips. Utilizamos aluminio como conductor y dióxido de silicio (vidrio) como aislante. Pero a 750 THz, el aluminio bloquea el campo electromagnético, ya sea reflejándolo o absorbiéndolo como energía térmica aleatoria. En cambio, el vidrio pasa el campo con bastante facilidad: por eso utilizamos fibras de vidrio para las telecomunicaciones a larga distancia.

Teniendo esto en cuenta, ¿cómo se construye una "antena"?

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