ล้ำกว่าเอ็กซ์เรย์คือ”ทีเรย์”-คลื่นแห่งอนาคต

นักวิทยาศาสตร์กำลังวิจัยและพัฒนา "ทีเรย์" หรืออุปกรณ์ตรวจจับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความยาวในระดับเทระเฮิร์ตซ์ ซึ่งอาจนำมาซึ่งนวัตกรรมใหม่ๆเร็วนี้

"ทีเรย์" สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้หลากหลายวงการ ไม่ว่าจะเป็นในด้านความปลอดภัยในการค้นหาอาวุธหรือสารเสพติด ในทางการแพทย์ก็อาจจะนำไปถ่ายภาพเนื้อเยื่อที่มีการทำร้ายเนื้อเยื่อน้อยที่สุด หรือในทางดาราศาสตร์ก็อาจเป็นอุปกรณ์ช่วยในการศึกษาดาวเคราะห์ดวงอื่นๆนอกระบบสุริยะของเรา ซึ่งที่กล่าวมานี้เป็นเพียงตัวอย่างเพียงไม่กี่ตัวอย่างเท่านั้น

นักวิทยาศาสตร์ทราบเรื่อคุณสมบัติของคลื่นระดับ"เทระเฮิร์ตซ์"นี้ดีแต่วิศวกรยังไม่สามารถนำมาใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ล่าสุด นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยมิชิแกน สหรัฐอเมริกาสามารถสร้างเครื่องตัวจับสัญญาณและถ่ายภาพในความถี่เทระเฮิร์ตซ์นี้อย่างมีประสิทธิภาพได้ สามารถเชื่อมต่อ"ช่องว่างเทระเฮิร์ตซ์"ได้

"เราสามารถเปลี่ยนแสงเทระเฮิร์ตซ์ให้เป็นเสียงได้ เครื่องตรวจจับของเรามีความไวสูง ขนาดกระทัดรัด และสามารถทำงานได้ในอุณหภูมิห้อง เราทำได้โดยใช้วิธีการที่ไม่เหมือนใคร" ศาสตราจารย์ เจย์ กัว ผู้เชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัยมิชิแกนเผย

ช่องว่างเทระเฮิร์ตซ์นี้ คือเส้นกันบางๆระหว่างคลื่นในความยาวไมโครเวฟและควาามยาวอินฟราเรด คำว่าความยาวคลื่นนี้สามารถบ่งบอกพลังงานได้ด้วย ตั้งแต่พลังงานที่ต่ำจากคลื่นที่ยาวมากๆอย่างเช่นคลื่นวิทยุ ไปจนถึงคลื่นพลังงานสูงที่ความยาวคลื่นสั้น อย่างเช่นคลื่นรังสีแกมมา ที่ถูกปล่อยมาจากปฏิกิริยาสลายตัวนิวเคลียร์

นอกจากนี้ยังมีคลื่นอีกหลายแบบ เช่น คลื่นความถี่ไมโครเวฟที่ใช้กันในโทรศัพท์มือถือ กับความถี่อินฟราเรดที่ใช้กันในเทคโนโลยีภาพ คลื่นแสงที่มองเห็นได้ที่ทำให้โลกเรามีสีสัน และคลื่นรังสีเอ็กซ์ที่คุณหมอใช้ในการถ่ายภาพอวัยวะภายในของเรา

แต่คลื่นในช่วงคลื่น"เทระเฮิร์ตซ์"นี้เป็นคลื่นเป็นวิทยาศาสตร์อยู่มาก แต่ทุกวันนี้ เครื่องตรวจจับคลื่นช่วงนี้ยังไม่มีประสิทธิภาพมากพอ และจะต้องอยู่ในอุณหภูมิที่อุ่น ไม่สามารถทำงานในเวลาจริงได้ ทำให้ไม่สามารถนำไปใช้งานได้จริง ไม่ว่าจะเป็นการตรวจจับอาวุธ ยาเสพติด หรือการถ่ายภาพทางการแพทย์

ศาสตราจารย์กัวและทีมงานจึงได้ประดิษฐ์ตัวส่งแบบพิเศษที่สามารถเปลี่ยนคลื่นแสงให้เป็นคลื่นเสียงได้ โดยตัวเปลี่ยนความถี่นี้จะเปลี่ยนพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง และในกรณีนี้คือเปลี่ยนแสงเทระเฮิร์ตซ์ให้เป็นคลื่นในความถี่อัลตราซาวด์และจากนั้นก็นำคลื่นนี้ไปส่งต่อ

ตัวเปลี่ยนความถี่ที่ประดิษฐ์ขึ้นนี้ทำจากพลาสติกที่มีรูพรุนที่เรียกว่า polydimethylsiloxane หรือ PDMS และมีคาร์บอนนาโนทิวบ์ผสมด้วย หลักการทำงานคือ เมื่อแสงความถี่เทระเฮิร์ตซ์กระทบที่ตัวเปลี่ยนความถี่ นาโนทิวบ์ก็จะดูดซับแสงเอาไว้และเปลี่ยนเป็นความร้อน ความร้อนก็จะถูกส่งไปที่ PDMS และจากนั้น PDMS ที่ร้อนก็จะขยายตัว เกิดออกมาเป็นคลื่นแรงดันซึ่งก็คือคลื่นอัลตราซาวด์นั่นเอง ความถี่ของอัลตราซาวด์นี้อยู่เกินระดับที่มนุษย์จะได้ยินถึง 1,000 เท่า

"มีหลายวิธีมากที่เราจะตรวจจับอัลตราซาวด์ เราได้เปลี่ยนปัญหาที่ยากไปเป็นปัญหาที่เราทราบวิธีการไขปัญหาแล้ว" ศาสตราจารย์กัวเผย

แม้ว่าเครื่องตรวจจับอัลตราซาวด์จะมีอยู่จริงแล้ว ซึ่งก็ใช้กันในโรงพยาบาล แต่นักวิจัยก็ได้ประดิษฐ์อันใหม่ที่มีความไวสูงจากวงแหวนยืดหยุ่นระดับไมโครที่เรียกว่า microring resonator ซึ่งจะทำให้สามารถวัดได้ละเอียดถึงระดับมิลลิเมตร

นักวิจัยได้เชื่อมต่อระบบดังกล่าวเข้ากับคอมพิวเตอร์และสาธิตให้เห็นว่าจะทำการสแกนและสร้างภาพของอะลูมิเนียมได้อย่างไร ผลที่ได้คือ เครื่องตรวจจับชนิดใหม่มีความไวมากถึงระดับหนึ่งในล้านส่วนของวินาที หรือเรียกว่าทำได้ในเวลาเรียลไทม์นั่นเอง

ระบบนี้จัดว่าแตกต่างกับระดับตรวจสอบเทระเฮิร์ตซ์แบบอื่นๆเพราะว่ามันตอบสนองกับคลื่นพัลส์ของแสงเทระเฮิร์ตซ์เป็นก้อนๆ ไม่ใช่มาเป็นกระแสคลื่นทีเรย์แบบในระบบก่อนๆ

อ้างอิง: University of Michigan. (2014, May 22). New 'T-ray' tech converts light to sound for weapons detection, medical imaging. ScienceDaily. Retrieved May 25, 2014 from //www.sciencedaily.com/releases/2014/05/140522150503.htm

งานวิจัย: Sung-Liang Chen, You-Chia Chang, Cheng Zhang, Jong G. Ok, Tao Ling, Momchil T. Mihnev, Theodore B. Norris, L. Jay Guo. Efficient real-time detection of terahertz pulse radiation based on photoacoustic conversion by carbon nanotube nanocomposite. Nature Photonics, 2014; DOI:10.1038/nphoton.2014.96