Home Sains & Teknologi Dapatkah Antena Radio Memancarkan Cahaya Tampak?

Dapatkah Antena Radio Memancarkan Cahaya Tampak?

134
0

Ya, antena radio dapat memancarkan cahaya tampak, tetapi mungkin tidak dengan cara yang Anda pikirkan. 

2003LFW jh 1.5e3889125f670 - Dapatkah Antena Radio Memancarkan Cahaya Tampak?
Laser adalah setara dengan cahaya tampak paling praktis dari antena radio. Gambar menunjukkan tautan laser antara pasangan satelit di orbit rendah-Bumi akan nantinya memberikan tulang punggung untuk jaringan nirkabel global, dengan tautan radio ke Bumi. Sumber: Laserfocus

Jika Anda memompa energi yang cukup ke antena radio, Anda dapat memanaskannya hingga bersinar dan memancarkan cahaya tampak melalui proses radiasi termal. Namun, antena radio biasa tidak dapat memancarkan cahaya tampak yang membawa informasi, mirip dengan yang dilakukannya dengan gelombang radio. Namun, ada perangkat lain yang bisa melakukan ini.

Seperti yang mungkin telah Anda pelajari, gelombang elektromagnetik datang dalam banyak frekuensi yang berbeda, dari radio, inframerah, terlihat, dan ultraviolet hingga sinar-x dan sinar gamma. Lampu merah yang dipancarkan oleh tongkat cahaya pada dasarnya sama dengan gelombang radio yang dipancarkan oleh router Wi-Fi Anda. Keduanya adalah gelombang elektromagnetik. 

Sinar merah hanya memiliki frekuensi yang jauh lebih tinggi daripada gelombang radio (frekuensi adalah ukuran dari berapa siklus siklus yang diselesaikan setiap detik). Karena keduanya pada dasarnya sama, Anda bisa tergoda untuk menyimpulkan bahwa Anda bisa mendapatkan antena radio untuk memancarkan cahaya tampak yang dikendalikan hanya dengan menjejalkan frekuensi sirkuit yang menggerakkan antena. 

Meskipun hal ini masuk akal pada pandangan pertama, realitas sifat material antena menghalangi. Antena radio bekerja dengan menggunakan sirkuit listrik untuk mendorong elektron ke atas dan ke bawah antena, menyebabkan medan listrik elektron bergelombang naik dan turun juga. Medan listrik berosilasi ini kemudian bepergian sebagai gelombang radio elektromagnetik. Frekuensi gelombang radio sama dengan frekuensi ketika Anda mendorong elektron ke atas dan ke bawah antena.

OSC Astro 05 02 Radiation2 - Dapatkah Antena Radio Memancarkan Cahaya Tampak?
Berbagai jenis gelombang elektromagnetik

Antena radio router Wi-Fi biasanya memancarkan gelombang radio yang memiliki frekuensi 2,4 GHz (2,4 miliar siklus per detik), yang sesuai dengan panjang gelombang 12,5 sentimeter. Secara umum, antena radio memancarkan gelombang paling efisien ketika panjangnya sama dengan panjang gelombang gelombang radio, atau setengah atau seperempat panjang gelombang. Karenanya tidak mengherankan bahwa antena pada router Wi-Fi Anda memiliki panjang sekitar 12,5 sentimeter. 

Sebaliknya, panjang gelombang cahaya biru adalah sekitar 470 nanometer. Untuk memberi Anda gambaran, ini seratus kali lebih kecil dari sel terkecil di tubuh Anda. Cahaya biru memiliki panjang gelombang sekitar 300.000 kali lebih kecil dari gelombang radio Wi-Fi. Antena radio berukuran normal terlalu besar untuk memancarkan cahaya tampak secara efisien karena ukuran ini tidak cocok, bahkan jika kita berhasil mengatasi masalah material. 

Anda mungkin berpikir kita bisa memotong ukuran antena untuk mencocokkan panjang gelombang cahaya tampak, tetapi antena seperti itu harus hanya memiliki 1000 atom. Membuat antena sekecil itu memang sulit, tetapi bukan tidak mungkin. Bidang nanoantennika plasmonik yang muncul menyelesaikan tugas ini, seperti yang akan dibahas di akhir artikel ini. 

53f6c7bcac674344526b2083a7d272ea - Dapatkah Antena Radio Memancarkan Cahaya Tampak?

Sekalipun Anda berhasil membuat antena sekecil itu, Anda masih perlu membangun sirkuit elektronik yang dapat menggerakkan elektron ke atas dan ke bawah antena pada frekuensi yang tepat. Frekuensi cahaya biru adalah sekitar 640 THz (640 triliun siklus per detik). Sirkuit elektronik hanya dapat menggerakkan arus listrik yang berosilasi paling baik dalam ratusan GHz (ratusan miliar siklus per detik). Jika Anda mencoba untuk lebih tinggi,

Bahkan jika Anda berhasil membuat antena radio yang cukup kecil untuk menyamai panjang gelombang cahaya biru dan berhasil membuat perangkat yang dapat menggerakkan elektron pada frekuensi cahaya biru, masih ada satu masalah besar yang menghalangi: struktur atom dari bahan antena. 

Untuk osilasi elektron dengan panjang gelombang besar, bahan antena terlihat seragam dan tidak memiliki daya tahan yang signifikan. Sebaliknya, untuk osilasi skala nano, elektron cenderung menabrak atom dan kehilangan energi mereka ke atom sebelum mereka memiliki kesempatan untuk memancarkan energi mereka sebagai cahaya. Gerakan elektron yang tertata dengan cepat ditransfer ke gerakan atom yang tidak teratur. Secara makroskopis, kita mengatakan bahwa ketika frekuensinya terlalu tinggi, sebagian besar energi listrik dikonversi menjadi limbah panas sebelum berpeluang dipancarkan sebagai cahaya.

Oleh karena itu, ada tiga hambatan utama: ukuran kecil yang diperlukan untuk antena, kesulitan dalam menemukan cara untuk mengarahkan elektron pada frekuensi tinggi, dan kecenderungan elektron frekuensi tinggi untuk kehilangan energi mereka karena panas. 

Hambatan-hambatan ini dapat diatasi sampai batas tertentu menggunakan tiga pendekatan yang berbeda: (1) mengunci elektron dalam keadaan atom / molekul kecil yang terlokalisasi di mana mereka tidak dapat menabrak banyak atom dan kemudian mendorong osilasi elektron menggunakan fakta bahwa mereka secara alami berosilasi ketika mereka transisi antar keadaan, (2) menembak elektron melalui ruang hampa pada magnet yang berkecepatan tinggi, dan (3) membangun skala nano, antena berbentuk tepat, dan menggerakkan osilasi elektron menggunakan cahaya datang.

Metode pertama adalah cara tepatnya laser tradisional bekerja. Bahan dipilih di mana elektron tertentu dikunci ke dalam keadaan yang berguna. Elektron tereksitasi ke keadaan baru dan kemudian distimulasi untuk kembali ke keadaan semula. Alih-alih berosilasi bolak-balik antara dua titik di ruang angkasa, elektron dalam laser tradisional berosilasi bolak-balik antara dua keadaan atom / molekul. Jenis gerak yang berbeda ini memungkinkan frekuensi osilasi menjadi tinggi dan membantu mencegah elektron menabrak atom, sehingga kehilangan energi mereka karena panas. 

Masalah elektron bertabrakan dengan atom masih menjadi masalah pada laser (para ilmuwan menyebut efek ini “emisi fonon”), tetapi itu bukan hambatan yang tidak dapat diatasi. Karena laser dikendalikan sumber cahaya tampak, mereka dapat digunakan untuk mengirim informasi yang mirip dengan bagaimana gelombang radio membawa informasi. Bahkan, kabel serat optik mengandung sinar cahaya pembawa informasi yang dibuat oleh laser (meskipun, sebagian besar serat optik menggunakan cahaya inframerah daripada cahaya tampak untuk alasan efisiensi). Laser juga dapat digunakan untuk mengirim cahaya tampak yang membawa informasi melalui ruang kosong. Pengaturan ini disebut komunikasi nirkabel optik.

Metode kedua adalah cara kerja laser elektron bebas. Dalam hal ini, elektron ditembakkan melalui ruang hampa dengan kecepatan sangat tinggi dan kemudian serangkaian magnet diterapkan untuk membuat elektron bolak-balik pada frekuensi tinggi, sehingga memancarkan cahaya tampak. Laser elektron bebas yang dirancang untuk memaksa elektron bergoyang pada 640 THz memang akan memancarkan cahaya biru dengan cara yang terkendali. Karena laser elektron bebas membutuhkan ruang hampa udara dan akselerator elektron berdaya tinggi berfungsi, laser elektron bebas sebagian besar digunakan dalam pengaturan laboratorium.

Metode ketiga adalah cara kerja nanoantena plasmonic. Dari semua perangkat yang memancarkan cahaya tampak dengan cara yang terkendali, nanoantena plasmonic adalah yang paling dekat dengan antena radio tradisional. Sebuah nanoatenna plasmonik adalah antena logam berskala nano dan berbentuk tepat yang memiliki resonansi plasma di dalamnya (osilasi elektron yang terkumpul). 

Karena nanoantena plasmonic bergantung pada elektron yang bergerak bolak-balik antara satu titik di ruang angkasa dan lainnya seperti antena radio tradisional, kehilangan panas masih menjadi masalah besar ketika mereka beroperasi pada frekuensi cahaya yang terlihat. Untuk alasan ini, nanoantena plasmonic optik masih merupakan keanehan laboratorium dan bukan sumber praktis dari cahaya tampak yang terkontrol. 

Karena laser menjadi semakin murah, kecil, dan dapat diandalkan, tidak ada suatu motivasi untuk mengembangkan nanoantennika plasmonik untuk memancarkan cahaya tampak yang membawa informasi. Selain itu, karena sirkuit elektronik tidak dapat berjalan pada frekuensi optik, nanoantennas plasmonik tidak dapat aktif dengan menghubungkan mereka ke sirkuit elektronik. Mereka dapat aktif dengan ditabrak dengan cahaya. Dengan cara ini, nanoantena plasmonic tidak seperti antena tradisional sama sekali. Mereka lebih seperti objek hamburan.

Ada banyak cara lain untuk membuat cahaya tampak; kebakaran, bola lampu pijar, bola lampu neon, tabung pelepasan gas, reaksi kimia; tetapi tidak satu pun dari cara ini membuat cahaya tampak dengan cara yang terkontrol (yaitu cahaya tampak koheren) sehingga banyak informasi dapat dibawa pada gelombang cahaya, sama seperti yang dilakukan dengan gelombang radio.

Singkatnya, jika Anda ingin antena radio memancarkan cahaya tampak, cukup panaskan. Jika Anda ingin antena tradisional memancarkan cahaya tampak dengan cara yang terkendali sehingga Anda dapat mengirimkan informasi, Anda kurang beruntung. 

Untungnya, ada perangkat lain yang dapat mengirimkan informasi menggunakan cahaya tampak, yang paling praktis adalah laser.

Sumber: West Texas A&M University

printfriendly button - Dapatkah Antena Radio Memancarkan Cahaya Tampak?

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here