可见光与无线电波都属于电磁波。
改变频率这个脑洞不错,相当理想化。
但是对于一个天线来说,有其工作频率范围(Operating Frequency Range),一般是增益大于某个值对应的的频率范围,例如对于如下频率响应曲线的天线:
&>10dB的工作范围大概是855~880MHz,你可以改变频率,也就是升高输入波的频率,但是对于这个天线来说,在大于880MHz的工作频率意味著输入巨大的能量,产生的波的能量很小。
不同大小和形状的天线有不同的频率响应曲线。这和电磁波产生的原理有关:使用变化电流产生电磁波需要尺寸和波长大致相仿的电流。最简单的原理是一个一维电流振子模型(如下图),也是最简单的天线形状
金属导体中的电流方向和大小发生变化产生了电磁波,天线长度等于半波长的时候产生效率最高。
实物看起来是这样的:
所以,频率越高,波长越短,产生波所需要的天线尺寸越小。
所以2.4GHz的wifi天线大小大概是这么大:
而长波通讯(~100kHz)的天线单个单元需要这么大
频率低天线大,
可见光的频率是kTHz级别(10^14~10^15Hz),波长可取500nm。
想要制作一个发出可见光电磁波的天线需要完成两件事情:
(1)做一个500nm的天线,这个问题不大,10nm的CPU电路都有现成的,那500nm的天线至少目前没有技术上的难题。
(2)激励源,需要kTHz级别的交变电流做天线的输入。这个不得了,目前的电路到不了那么高的频率,CPU主频也就1~5GHz,kTHz比目前技术的CPU时钟快百万倍,超频玩家都馋哭了。所以目前没有能产生kTHz频率交变电流的电路。
所以,理论上可行,目前技术不支持
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不要开嘲讽,实际上这真的是前沿研究
对于自动驾驶尤为重要,而且目前应该还没有大规模搞定这个技术,
全自动驾驶概念,最近几年十分火爆,但是目前只有三种感测器可用于道路感知。。
一个是摄像头,一个是激光雷达,一个是毫米波雷达
摄像头缺点是没有景深,只能靠分析画面猜是什么东西,离车有多远,多摄像头猜的准,但本质上还是猜
雷达现在是毫米波,从军用一脉相承,缺陷是对人体探测不佳,角度也比较成问题
激光雷达就是发出激光扫描东西,参见普罗米修斯等科幻片,但是现实中没有大规模应用过,所以市售激光雷达比较落后,现在没有摆脱运动部件,得靠个镜子晃来晃去扫描,解析度跟可靠程度都低,而且巨贵,所以市售车辆现在应该还没有上激光雷达的。
而高端的激光雷达,就是用相控阵天线产生激光,并调制相位,改变角度的,这个Quanerg 2016年展出过样品
原理就是刻蚀几百纳米的天线阵列来发光,然后接收回波,给出扫描结果,扫描速度不受机械部件制约,是全固态的,也叫固态激光雷达,目前在业界是创业风口
谁能造出完美的适用于自动驾驶的固态激光雷达,必然能赚一票大的
目前这种雷达需要解决的问题是视角问题,信号接收处理问题,还有产生光功率不够的问题,有几十家初创在搞这个东西。
但是这个光一般会调制到人眼看不见的频率,因为你不想被汽车光污染。。
但是算是回答了问题。
也就是你的想法是对的,而且有现实中的应用,不过暂时没人做可见光波段的,东西是同一个东西
理论上可行,现有技术达不到。且未来很长一段时间,不太可能达到。
一旦该技术成为可能,将是具有划时代意义的。
1、现有的光学探测器恰恰由于光波段的高频率而无法捕捉相位,一旦该技术突破,探测器将有飞跃。
2、对于光学成像而言,由于探测器有了飞跃,现有的相位恢复技术和荧光超分辨技术将失去市场。无标记的超分辨技术跃然纸上,必定获得诺贝尔物理奖。
3、对于光通信而言,长距离无线光通信将成为可能,带宽将极大扩展,别说5g了,那得是100g的时代。
不再列举了,几乎所有的现有技术统统将被淘汰,这项技术必将载入人类史册,各种之父头衔、奖项拿到手软。
怎么样,心动了吗!洗洗睡吧
传统电学激励的方式应该比较困难。正如 @Pjer 说的,关键在于两点:一则可见光波段的天线要非常小,基本只有几百纳米;二则电学的激励源要速度很快。第一点还比较容易满足,而第二点就太困难了。
但这种电学激励其实只在大尺寸的器件中是主流,而在纳米器件中则是以光学激励或者发光材料近场激励为主。这个对于做纳米光学的人来说,应该是挺常见的了。比如下面这一篇2005年发表在Science杂志上题为「Resonant Optical Antennas」的文章(链接:https://science.sciencemag.org/content/308/5728/1607),就是报导了一种光学激励的方法。
除此之外,荧光分子的激励方式也是很常见的。比如说这一篇2009年发表在Nature Photonics杂志上题为「Large single-molecule fluorescence enhancements produced by a bowtie nanoantenna」的文章(链接:https://www.nature.com/articles/nphoton.2009.187)。
除了光学激励和发光材料激励以外,其实还有一种不太主流但是也很有趣的激励方式,那就是电致隧穿激励。比如说这一篇2015年发表在Nature Photonics杂志上题为「Electrically driven optical antennas」的文章(链接:https://www.nature.com/articles/nphoton.2015.141)
除了激励方式的不同,纳米天线的应用很多也是超出了传统对天线的认知范围。比如说,纳米天线可以用来做超材料,也可以用来做感测器,甚至可以用来当光探测器,如此种种。所以说,纳米天线已经不简简单单是把尺寸缩小,而是需要用一种新的视角来看待。就我个人来说,我觉得纳米天线最有趣的一点是它能够把近场效应和远场效应结合到了一起,从而我们可以通过远场来调控近场,也可以反过来。我最近的一些工作是基于此的。
当前,工程上不可能,发射电磁波波长越短,天线对于尺寸越短,先在指甲盖大小的微带天线都不能辐射出可见光,可以想像一下要把天线做的多小才能实现可见光频段辐射,估计得拿显微镜才能能看见这种天线。
另外可以把灯泡比喻成一个可见光天线,但是实际上大多数灯泡发光都是电子能级跃迁发出光子的结果,而微波天线本身并不产生信号,只是负责最大功率的朝某个固定方向(探照灯)辐射出来自前级的信号,辐射处的高频电磁波产生于振荡器和信源混频的结果,两者机理完全不一样。灯泡发光远离更倾向于光的粒子性,天线如果要发光,应该是基于光的波动性。