Bloggang.com : : princessbell : ไปเที่ยว BITEC มา Oh...very fun

ไปเที่ยว BITEC มา Oh...very fun

ภาพกิจกรรมการศึกษาดูงานเนื่องในวันวิทยาสาสตร์ที่ BITEC บางนาในวันที่ 12-14 สิงหาคม 2553 ที่ผ่านมาและเรากิจก็ความรู้ที่น่าสนใจเกี่ยวกับแสงเลเซอร์มาฝากด้วยค่ะ

เริ่มออกเดินทาง...let's go

แสงและเลเซอร์คือ...

บ่อยครั้งที่เราได้ยินเรื่องราวเกี่ยวกับแสงเลเซอร์ ในแง่มุมต่างๆอยู่เสมอๆ ยิ่งในภาพยนตร์เรื่องดังเลเซอร์ดูเหมือนจะได้รับบทบาทสำคัญๆอยู่เป็นประจำ ภาพยนตร์ที่นำเสนอแง่มุมในโลกอนาคตแทบจะไม่มีเรื่องไหนเลยที่แสงเลเซอร์จะไม่ได้เข้าไปร่วมเอี่ยวด้วย แสงเลเซอร์ที่ถูกนำมาถ่ายทอดผ่านมุมมองนักสร้างหนังเป็นได้ทั้งเป็นทั้งอาวุธไฮเทคที่จะทำลายล้างทุกสรรพสิ่ง หรือในบทบาทของการเยียวยาการผ่าตัดที่ล้ำสมัยและอีกในหลายๆบทบาททำให้แสงเลเซอร์กลายเป็นที่สนอกสนใจของใครหลายๆคน บ้างสงสัยว่าแสงเลเซอร์เกิดขึ้นมาได้อย่างไร แสงเลเซอร์สามารถทำอะไรได้บ้าง

หลักการของเลเซอร์
แสงเลเซอร์เป็นแสงที่มีคุณสมบัติแตกต่างจากแสงทั่วๆไป มีลำแสงขนาดเล็ก มีความเข้มสูงกว่าแสงธรรมดา ทั้งยังมีความเบี่ยงเบนของแสงน้อยกว่า (low-divergence beam) มีความถี่ของแสงเพียงความถี่เดียว
เลเซอร์(LASER) ตรงกับคำภาษาอังกฤษที่ว่า Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ซึ่งแปลความได้ว่า การขยายแสงโดยอาศัยหลักการแผ่รังสีแบบกระตุ้น
การขยายแสงคือการเพิ่มจำนวนโฟตอนหรือเพิ่มความเข้มแสงให้มีมากขึ้นกว่าเดิม โดยปรกติอะตอมหรือโมเลกุลจะอยู่ในชั้นพลังงานต่ำเสมอ (E1) เพราะเป็นสภาวะที่มีความเสถียรภาพมากกว่า แต่เมื่ออะตอมหรือโมเลกุลถูกกระตุ้นก็จะเกิดการดูดกลืนแสงหรือพลังงานที่มากระตุ้นทำให้อะตอมหรือโมเลกุลขึ้นไปอยู่ในชั้นพลังงานที่สูงกว่า(E2) แต่สถานะพลังงานในชั้นพลังงาน E2 นี้มีความไม่เสถียรจึงสามารถคงตัวได้เพียงชั่วระยะเวลาหนึ่งจึงคายพลังงานออกมาเพื่อทำให้ตัวเองอยู่ในสภาวะเสถียรอีกครั้งในชั้นระดับพลังงาน E1
ดังนั้นพลังงานที่อะตอมหรือโมเลกุลปล่อยออกมาจึงมีค่าเท่ากับผลต่างของพลังงานระหว่าง E2-E1 การคายพลังงานออกมาหรือการเปล่งแสงในลักษณะนี้ เป็นไปตามธรรมชาติเราเรียกปรากฏการณ์เช่นนี้ว่า เปล่งแสงแบบเกิดขึ้นเอง (Spontaneous Emission)

การค้นพบ
เลเซอร์เป็นอุปกรณ์ ที่ให้กำเนิดแสง โดยพลังงานจากแสงเลเซอร์ มีคุณสมบัติที่หลากหลายขึ้นอยู่กับการออกแบบและการนำไปใช้งาน การค้นพบเลเซอร์เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1954 โดย ซี. เอช.ทาวน์ส (C.H. Townes) ได้เสนอเป็นหลักการหรือทฤษฎีเกี่ยวกับเลเซอร์เอาไว้ ซึ่งผลงานในครั้งนั้นทำให้เขาได้รับการประกาศเกียรติคุณให้ได้รับรางวัลโนเบลสาขา ฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1964
หลักการของ ซี. เอช.ทาวน์ส (C.H. Townes) ก่อให้เกิดแรงผลักดันให้มีการศึกษาและสานต่อเรื่องเทคโนโลยีเลเซอร์จนมีวิวัฒนาการที่กว้าหน้ามาเป็นลำดับโดยในเดือนพฤษภาคม ปีค.ศ. 1960 ทีโอดอร์ ไมแมน (Theodore Maiman) ได้ทำการศึกษาค้นคว้าและวิจัยเกี่ยวกับแสงเลเซอร์ขึ้นที่สถาบันวิจัย ฮิวจ์ (Hughes Research Laboratories)
ทีโอดอร์ ไมแมนนำหลักการของซี. เอช.ทาวน์สมาประดิษฐ์เลเซอร์เครื่องแรกของโลกขึ้นโดยเป็นเลเซอร์ที่ทำจากทับทิม(Ruby L aser)ซึ่งจัดว่าเป็นเลเซอร์ของแข็งและในปีเดียวกันนั้นเองจาแวน (Javan) ก็ได้ประดิษฐ์ เลเซอร์ที่ทำจากก๊าซฮีเลียม-นีออนได้เป็นผลสำเร็จซึ่งถือว่าเป็นเลเซอร์แบบก๊าซ จากนั้นพัฒนาการเกี่ยวกับเทคโนโลยีเลเซอร์ก็พัฒนาต่อไปอย่างต่อเนื่อง มีการผลิดเลเซอร์ชนิดต่างๆออกมามากมาย ซึ่งมีทั้งที่ทำจาก ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ และจากสารกึ่งตัวนำจำพวกไดโอด

ชนิดของเลเซอร์
1.เลเซอร์ของแข็ง
เลเซอร์ชนิดนี้จะใช้ตัวกลาางที่เป็นของแข็ง โดยเลเซอร์ตัวแรกที่ถูกสร้างขึ้นโดย ทีโอดอร์ ไมแมน (Theodore Maiman) ก็เป็นของแข็งด้วยเช่นกัน ของแข็งที่นำมาใช้เป็นส่วนประกอบสำคัญของเลเซอร์ มีทั้ง เลเซอร์ทับทิม เลเซอร์แย็ค เลเซอร์แก้ว ฯลฯ โดยจะมีการใส่สารเจือปนลงไปในวัสดุดังกล่าวด้วย ทับทิมจะใช้โครเมียมเป็นสารเจือปนส่วนแย็คและแก้วจะใช้นีโอดีเนียมเป็นสารเจือปน
การปั๊มพลังงานของเลเซอร์ของแข็งจะทำโดยใช้แสงจากหลอดไฟซีนอนหรือหลอดไฟทังสเตนโดยมี Optical Cavity ทำหน้าที่สะท้อนแสงเพื่อเพิ่มโฟตอน

2. เลเซอร์ก๊าซ
เลเซอร์ชนิดนี้จะนำก๊าซมาทำเป็นตัวกลางของวัสดุ ซึ่งมีก๊าซหลายชนิดที่นำมาใช้เป็นตัวกลางได้เช่น ก๊าซผสมฮีเลียม - นีออน (He - Ne) ก๊าซผสมฮีเลียม - แคดเมียม (He - Cd) ก๊าซผสมคาร์บอนไดออกไซด์ - ไนโตรเจน - ฮีเลียม (CO2-N2-He)
การปั๊มพลังงาน ของเลเซอร์แบบก๊าซจะทำโดยการนำก๊าซบรรจุลงในหลอดเลเซอร์โดยที่ปลายหลอดทั้งสองจะมีขั้วไฟฟ้าต่ออยู่ เมื่อป้อนไฟฟ้าแรงสูงให้แก่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง อิเล็กตรอนจะวิ่งจากขั้ว แคโทด(-) ไปยังขั้วแอโนด(+) เมื่ออิเล็กตรอนวิ่งชนอะตอมหรือโมเลกุลของก๊าซก็จะเกิดการแตกตัวเป็นประจุไฟฟ้าที่เรียกว่า พลาสมา (Plasma) ซึ่งพร้อมจะปล่อยโฟตอนออกมา และเมื่อมีโฟตอนที่มีขนาดเท่ากันไปเร้าก็จะทำให้เกิดแสงเลเซอร์ขึ้น

3.เลเซอร์ของเหลว
เลเซอร์ชนิดนี้มักจะใช้สีย้อมผ้า(Dye) ผสมน้ำหรือแอลกฮอล์ บรรจุใส่ภาชนะใส ทำให้ตัวกลางของเลเซอร์ชนิดนี้มีสถานะเป็นของเหลว สีย้อมผ้าที่นิยมนำมาใช้เช่น โรดามีน ๖ จี (Rhodamine 6 G) คลอโรฟลูออเรสเซียน (Dichloro fluore scein) เป็นต้น
การปั๊มพลังงานในเลเซอร์ชนิดนี้จะทำโดยการใช้แสงเช่นเดียวกับเลเซอร์ของแข็ง

4. เลเซอร์ไดโอด
ไดโอดเป็นสารกึ่งตัวนำ ไดโอดที่นิยมนำมาใช้เป็นตัวกลางเลเซอร์ เช่นไดโอดจากสาร แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs)แกลเลียมอะลูมิเนียมอาร์เซไนด์ (GaAlAs)อินเด ียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ฟอสฟายด์ (InGaAsP)
การปั๊มพลังงานของเลเซอร์ชนิดนี้ จะทำโดยการจ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านรอยต่อP-N ทำให้เกิดการรวมตัวกันของพาหะนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำ และมีการขยายความเข้มด้วย Optical Cavity ทำให้เกิดแสงเลเซอร์ขึ้น

ประโยชน์ของแสงเลเซอร์
ในปัจจุบันแสงเลเซอร์กลายเป็นสิ่งสำคัญในการนำพาศาสตร์ต่างๆบรรลุเป้าหมาย และ เลเซอร์ยังมีแนวโน้มที่จะพัฒนาต่อไปได้อย่างไม่หยุดยั้ง ในคราวที่ Neil Armstrong และ Edwin Aldrin ได้เดินทางไปเหยียบดวงจันทร์พวกเขาได้นำแผงกระจกสะท้อนแสงไปวางไว้ด้วย หลังจากนั้นอีก 10 วันต่อมา คณะนักวิทยาศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียและเทกซัสได้ยิงแสงเลเซอร์ไปตกกระทบยังแผงกระจกดังกล่าว ที่ห่างออกไปจากโลกราว 385,000 กิโลเมตร แสงเลเซอร์สะท้อนกลับมาเพียงชั่ววินาที ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณ ความเร็วแสง และระยะทางระหว่างโลกและดวงจันทร์ได้อย่างแม่นยำ
แม้ในช่วงแรกการพัฒนาวิจัยกับเกี่ยวแสงเลเซอร์จะเน้นไปทางการทหาร แต่ในปัจจุบัน เทคโนโลยีเลเซอร์กำลังถูกนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์แก่ทุกวงการ เหมาะกับงานที่ต้องการความละเอียด แม่นยำ

- ด้านการทหาร
แสงเลเซอร์ถูกนำไปใช้ในการชี้เป้าของ เครื่องบิน จรวดนำวิถี รถถังเพื่อให้การดโจมตีเป้าหมายมีความแม่นยำและไม่ก่อผลเสียหายให้แก่บริเวณข้างเคียง

- ด้านอุตสาหกรรม
เลเซอร์ถูกนำไปใช้ในการตัด เจาะ เชื่อม ชิ้นงานต่างๆที่ต้องการความละเอียดและมีความแม่นยำสูง ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เลเซอร์สำคัญอย่างมากในการผลิตไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็ก ทั้งยังช่วยให้ขบวนการผลิตเป็นไปด้วยความรวดเร็ว

- ด้านการแพทย์
แสงเลเซอร์ถูกนำไปใช้ในการผ่าตัดที่ต้องการความแม่นยำสูง หรือในสภาพที่การผ่าตัดแบบธรรมดากระทำได้ยาก เช่นการผ่าตัดโรคเกี่ยวกับดวงตา สมอง ซึ่งช่วยให้การผ่าตัดเป็นไปได้ด้วยดี และการผ่าตัดด้วยเลเซอร์ก็ไม่ก่อให้เกิดผลกระทบต่อเซลข้างเคียงทั้งยังไม่มีปัญหาเกี่ยวกับเรื่องแผลเป็นหลังการผ่าตัดมากนัก

- ด้านดาราศาสตร์
แสงเลเซอร์จะทำหน้าที่เพื่อสำรวจความแปรปรวนของอากาศเพื่อช่วยในการปรับโฟกัสของกล้องโทรทัศน์ที่ใช้ดูดาว

- ด้านโทรคมนาคม
ถือว่าเป็นประโยชน์ที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งของแสงเลเซอร์เพราะเทคโนโลยีแสงเลเซอร์ ถูกนำมาใช้เป็นตัวส่งสัญญาณผ่านใยแก้วนำแสงเพื่อใช้ถ่ายทอดสัญญาณ โทรทัศน์ โทรศัพท์ และข้อมูลต่างๆมากมาย จุดเด่นที่สำคัญคือการไม่มีสัญญาณรบกวน และมีความจุของข้อมูลมาก ซึ่งเส้นใยแก้วนำแสง 1 เส้นสามารถ บรรจุคู่สายโทรศัพท์ได้นับพันคู่สายเลยทีเดียว
เหล่านี้เป็นเพียงแค่ส่วนหนึ่งของคุณประโยชน์ที่เกิดจากเทคโนโลยีแสงเลเซอร์แสงเลเซอร์ยังสามารถทำอะไรได้มากมาย ในชีวิตประจำวันของเราก็ล้วนแต่ต้องใช้ประโยชน์จากมันเพิ่มขึ้นทุกวันไม่ว่าในเครื่องเล่นแผ่น CD DVD ต่างๆล้วนแล้วแต่พัฒนามาจากเทคโนโลยีชนิดนี้ นับแต่หลักการเกี่ยวกับแสงเลเซอร์ถูกเสนอโดยซี.เอช.ทาวน์ส (C.H. Townes) ในปีค.ศ. 1954 เทคโนโลยีชนิดนี้ก็ถูกพัฒนามาอย่างต่อเนื่องและมีแนวโน้มว่าจะพัฒนาต่อไป จนกลายมาเป็นสิ่งที่สำคัญยิ่งต่อวิถีชีวิตมนุษย์ในอนาคตอันใกล้นี้

Create Date : 25 สิงหาคม 2553

Last Update : 31 สิงหาคม 2553 19:05:58 น.

0 comments

Counter : 1002 Pageviews.