¿Es posible fabricar una antena que funcione a frecuencias de ‘luz visible’ con la tecnología actual?

Una antena hace el trabajo de bombear radiaciones en la atmósfera. Antes de que pueda pensar en los tipos de antena que puede necesitar para tales propósitos, es importante que comprenda cómo se establece un enlace de comunicación. Si está hablando de antenas que funcionan a frecuencias de luz visibles, todo el proceso de comunicación cambia.

El método tradicional de modulación de señales de mensajes de baja frecuencia en portadoras de alta frecuencia tenía una ventaja importante, la de pequeñas dimensiones de antena y menor atenuación a frecuencias más altas. Si va a utilizar el espectro visible como portador, las “antenas” se vuelven muy pequeñas.

Las antenas de RF empujan los electrones hacia arriba y hacia abajo para generar ondas electromagnéticas de la polarización requerida. Para darle una perspectiva, las frecuencias WiFi típicas de 2.4 GHz corresponden a longitudes de onda de 12.5 centímetros. Las antenas de radio son las más eficientes si sus longitudes son iguales, o la mitad o la cuarta parte de la longitud de onda de la señal a transmitir. Es por eso que si mide la longitud de la antena en su enrutador WiFi, se encontrará en algún lugar alrededor de 6–7 cm, que es la mitad de la longitud de onda de las señales WiFi.

Al seguir el mismo proceso de pensamiento, la luz visible, por ejemplo, el azul, tiene una longitud de onda de 470 nm, que es aproximadamente 300,000 veces más pequeña que la de la señal WiFi. Entonces, si espera excitar electrones empujándolos hacia arriba y hacia abajo a lo largo de una antena que tiene solo 1000 átomos de largo, entonces eso no solo es difícil, es imposible.

Esta es la razón por la cual IEEE tuvo que inventar un nuevo estándar para comunicaciones de luz visible (VLC) que está documentado en el grupo de tareas de 802.15.7

Tales antenas de nanoescala son imposibles e incluso los electrones que saltan arriba y abajo de la longitud de la antena se convierten en un proceso complicado debido a las pequeñas dimensiones involucradas. Estos electrones chocan entre sí aquí con más frecuencia que en las antenas de RF y pierden su energía. Para evitar eso, se inventaron los láseres.

Las redes ópticas de comunicación utilizan información que transporta haces de luz que son transportados a través de fibras ópticas. Si se usa en la comunicación satelital en el espacio profundo, la información que transporta haces de luz se transmite directamente a la atmósfera para ser recibida por otro satélite.

Entonces, para responder a su pregunta, la comunicación de frecuencia visible se realiza hoy en día, pero las “antenas” son los semiconductores y los láseres electrónicos y no las antenas de RF habituales que esperaría fabricar.

Antena óptica: un dispositivo diseñado para convertir eficientemente la radiación óptica de propagación libre en energía localizada, y viceversa [1].

Actualmente, se está llevando a cabo una investigación activa en universidades como el Instituto de Tecnología de Rochester, ETH Zurich y otros grupos de investigación de todo el mundo para fabricar antenas ópticas.

La idea general de la antena óptica es la misma que la de otras antenas convencionales: un elemento receptor, que captura la radiación electromagnética, la convierte en energía eléctrica y la transfiere a un receptor. Ahora, el tamaño de dicha antena para condiciones de resonancia es ~ la mitad de la longitud de onda.

Para luz visible, en el rango de 400–700 nm, el tamaño de la antena será de ~ 200–350 nm; Que es muy pequeño. Para esto, se pueden usar nanoestructuras metálicas / moléculas, etc. para recibir la radiación de manera efectiva. Pero un desafío es asegurarse de que los materiales no estén operando en el límite cuántico.

Las aplicaciones de tales antenas son diversas. Uno, puede usarse para capturar la radiación de manera más eficiente y transferirla a dispositivos fotoconductores, disminuyendo así el ruido. Si se fabrica a gran escala, se puede utilizar para obtener imágenes.

El siguiente artículo de revisión brinda más información:

https://www.osapublishing.org/Di

Actualmente, las antenas se fabrican para funcionar en el rango de frecuencias de GHz. Pero como sabe, el microondas tiene ciertos impactos en la salud, por lo que los ingenieros ahora están tratando de fabricar antenas que funcionen en el rango de THz. Como debe saber, las radiaciones infrarrojas visibles y ultravioletas están en rangos de frecuencias THz. Pero el problema principal al usar el rango visible (THz) es que la atenuación de la señal será más como: cuanto más frecuencia, más atenuación en la atmósfera.

La ganancia de la antena es fácil en la longitud de onda de la luz, ya que el tamaño es varias veces la longitud de onda. Por lo tanto, cualquier superficie reflectante de espejo es una buena antena. Si se refería a una estructura de antena de orden de longitud de onda como un dipolo de 300 nm de ancho (1/2 longitud de onda de luz visible), sí. Antena es un transductor que las parejas