เลเซอร์ ๔ ชนิดมีอะไรบ้าง

[ ขยายดูภาพใหญ่ ]

ชนิดของเลเซอร์ ๕.๑ เลเซอร์ของแข็ง เลเซอร์ของแข็ง ได้แก่ เลเซอร์ที่ใช้ตัวกลางเป็นของแข็ง เช่น เลเซอร์ทับทิม เลเซอร์แย็ค เลเซอร์แก้ว ฯลฯ ทับทิมและแย็คเป็นผลึกส่วนแก้วเป็นอะมอร์ฟัส ตัวกลางเหล่านี้ทำหน้าที่เป็น เนื้อวัสดุเจ้าบ้าน (Host Materials) เท่านั้น เพราะตัวที่ท ำให้เกิดการเปล่งแสงนั้นกำหนดจากสารเจือปนที่เติมในเนื้อสารเหล่านี้ เช่น ทับทิมจะใช้โครเมียมเป็นสารเจือปน จึงให้สี แดงที่มีความยาวคลื่น ๖๔๙๓ อังสตรอม (A12O3 : Cr3+) แย็คและแก้วจะใช้นีโอดีเนียมเป็นสารเจือปน จึงให้แสงอินฟาเรดที่มีความยาวคลื่ น ๑.๐๖ ไ มครอน (YAG : Nd3+ Glass : Nd3+) ในการปั๊มพลังงานแก่ของแข็งเหล่านี้ ต้องใช้วิธีการทางแสงคือใช้หลอดไฟซีนอนหรือหลอดไฟทังสเตนฉาย โดยมีตัวสะท้อน แสงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการปั๊มพลังงาน ตัวสะท้อนแสงนี้มีลักษณะเป็นกระบอกที่มีพื้นที่หน้าตัดเป็นรูปวงรี และมีการวางหลอดไฟและตัวกลางเลเ ซอร์ไว้ที่ตำแหน่งของจุดโฟกัสของวงรี ๕.๒ เลเซอร์ก๊าซ เมื่อใช้ก๊าซเป็นตัวกลางเลเซอร์ การปั๊มพลังงานก็จะใช้วิธีการปล่อยประจุในก๊าซด้วยไฟฟ้าแรงสูง กล่าวคือนำก๊าซเหล่านั ้นบรรจุในหลอดเลเซอร์ซึ่งมีขั้วไฟฟ้าที่ปลายทั้งสอง เมื่อป้อนไฟฟ้าแรงสูงให้แก่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง อิเล็กตรอนจะวิ่งจากขั้ว แคโทด (ขั้วลบ) ไปยังขั้วอโนด (ขั้วบวก) ด้วยพลังงานสูง อิเล็กตรอนจะวิ่งชนอะตอมหรือโมเลกุลของก๊าซเหล่านั้น จนแตกตัวเป็นอิออนมีประจุไฟฟ้าขึ ้น เรียกว่า พลาสมา (Plasma) ก๊าซที่เป็นพลาสมาเหล่านี้จะพร้อมปล่อยโฟตอน หากมีโฟตอนที่มีลักษณะเหมือนกันมาเร้า จึงเกิด เป็นแสงเลเซอร์ขึ้นเมื่อมีการขยายสัญญาณแสงด้วยแควิตี้แสง ที่ทำจากกระจกสะท้อนที่ปลายทั้งสองข้างของหลอดเลเซอร์ ก๊าซที่ใช้ทำเลเซอร์มีหลายชนิดด เช่นก๊าซผสมฮีเลียม - นีออน (He - Ne) ก๊าซผสมคาร์บอนไดออกไซด์ - ไนโตรเจน - ฮีเลียม (CO2-N2-He) ก๊าซผสมฮีเลียม - แคดเมียม (He - Cd) ก๊ าซอาร์กอน (Ar+) ซึ่งจะให้สีต่าง ๆ ตามชนิดของก๊าซ เลเซอร์ฮีเลียม - นีออน เป็นเลเซอร์กำลังแสงต่ำ (1~10 mW) เลเซอร์ฮีเลียม - แคดเมียมและเลเซอร์อาร์กอน เป็นเลเซอร์กำลังแสงปานกลาง (10~100 mW) ส่วนเลเซอร์คาร ์บอนไดออกไซด์เป็นเลเซอร์กำลังแสงสูง (1~100 W) จึงมีการใช้งานที่แตกต่างกันไป แต่เลเซอ ร์ทุกชนิดมีอันตราย เพราะแสงเลเซอร์ที่มีกำลังแสงเพียง ๑ mW จะมีความเข้มแสงสูงกว่าพระอาทิตย์ จึงสามารถทำให้ตาบอดได้หาก แสงเลเซอร์พุ่งเข้าหานัยน์ตาโดยตรง ๕.๓ เลเซอร์ของเหลว เราสามารถใช้ตัวกลางเลเซอร์ที่ทำจากของเหลวได้ เช่น ใช้สีย้อมผ้า (Dye) ผสมน้ำหรือแอลกฮอล์ บรรจุใส่ภาชนะใส การปั๊มพลังงานแก่ ของเหลวเหล่านี้ใช้วิธีทางแสงเช่นเดียวกับตัวกลางเลเซอร์ที่เป็นของแข็ง เช่น ใช้หลอดซีนอนหรือเลเซอร์ไนโตรเจน เลเซอร์ขอ งเหลวเหล่านี้จะมีจุดเด่นที่สำคัญคือเป็นเลเซอร์ที่ให้สีที่ตามองเห็น ค่าความยาวคลื่นของแสงสามารถปรับได้จึงเป็น ทูเนเบิล เลเซอร์ (Tunable Laser) เพราะโมเลกุลของสีย้อมผ้ามีขนาดโต เนื่องจากเป็นสารอินทรีย์เคมีระดับพลังงานที่ซ้อนหลายชั้น มิได้เป็ นชั้น เดี่ยว ๆ เหมือนกรณีของก๊าซหรือของแข็ง ตัวอย่างของเสียย้อมผ้าที่นิยมใช้ได้แก่ โรดามีน ๖ จี (Rhodamine 6 G) ซึ่งให้แสงเลเซอร์ ตั้งแต่สีเหลืองไปถึงสีส้ม (570-610 nm) โร ดามีน บี (Rhodamine B) ให้แสงเลเซอร์ช่วงสีแดง (605-635 nm) และ ดีคลอโรฟลูออเรสเซียน (Dichloro fluore scein) ให้แสงเลเซอร์สีเขียว (530-560 nm) ๕.๔ เลเซอร์ไดโอด เลเซอร์ไดโอดเป็นเลเซอร์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ ซึ่งทำจากสารประกอบ เช่น GaAs (แกลเลียมอาร์เซไนด์) GaAlAs (แกลเลียมอะลูมิเนียมอาร์เซไนด์) InGaAsP อินเด ียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ฟอสฟายด์) ซึ่งมีค่าแถบพลังงานต่าง ๆ กัน จึงเป็นตัวกำหนดค่าความยาวคลื่ นของแสงเลเซอร์ เช่น GaAs ให้แสงเลเซอร์ที่ค่าความยาวคลื่น 0.8 um (อินฟาเรด) GaAlAs ให้แสงเลเซอร์ที่ค่าความยาวคลื่น 0.7 um (สีแดง) InGaAsP ให้แสงเลเซอร์ที่ค่าความยาวคลื่น 1.3 และ 1.55 um (อินฟาเรด)

เราใช้เลเซอร์ไดโอดทำอะไรได้บ้าง

[ ขยายดูภาพใหญ่ ]

เลเซอร์ไดโอดแต่ละชนิดจึงมีการใช้งานที่แตกต่างกันตามลักษณะ และคุณสมบัติของค่าความยาวคลื่นนั้น ๆ เช่น เลเซอร์ไดโอดที่ให้สีแดงจะใช้ในเครื่องคอมแพคดิสก์ ส่วนเลเซอร์ไดโอดที่ให้แสงอินฟาเรดที่ค่าความยาวคลื่น 1.55 um จะใช้ในระบบสื่อสารผ่านเส้น ใยแก้ วนำแสง เป็นต้น โครงสร้างของเลเซอร์ไดโอด ได้แก่ หัวต่อพีเอ็นแบบเฮตเตอโรจังชั่น (Heterojunction) เช่น GaAlAs/GaAs ทำให้ประสิทธิภาพของเลเซอร์ไดโอดเริ่มทำงา นน้อยลง การฉีดกระแสไฟฟ้าผ่านหัวต่อพีเอ็นของเลเซอร์ไดโอดเป็นวิธีการปั๊มพลังงาน เพื่อให้เกิดการรวมตัวขอ งพาหะนำไฟฟ้าในสารกึ่งตัวนำและนำมาสู่การเปล่งแสง แสงที่เปล่งออกมาจะถูกขยายสัญญาณให้มีความเข้มสูงขึ้น ด้วยแควิตี้แสงที่เกิดจากผิวมันสะท้อนแสงของผิวผลึกที่ทำให้แตกโดยธรรมชาติ (Cleavaged Surface) เลเซอร์ไดโอดเป็นเลเซอร์ที่มีขนาดเล็กจิ๋วกินไฟน้อย สามารถผลิตได้จำนวนมาก ๆ ด้วยเทคโนโลยีด้านสารกึ่งตัวนำ เลเซอร์ไดโอดถูกใช้งาน อย่างกว้างขวางตั้งแต่การใช้เป็นเลเซอร์พอยนท์เตอร์ (Laser Pointer) ใช้ในการสื่อสารผ่านเส้นใยแก้วนำแสง ใช้เป็นหัวอ่าน ของเครื่องคอมแพคดิสก์ เครื่องวิดีโอเลเซอร์ดิสก์ และเครื่องถ่ายเอกสารประเภทเลเซอร์ พริ้นเตอร์ (Laser Printer) คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้ศึกษาวิจัยการส้รางเลเซอร์ไดโอดด้วยเทคโนโลยีด้านการปลูกผลึกจากของเหลว (Liquid Phase Epit axy : LPE) และเทคโนโลยีการปลูกผลึกด้วยลำโมเลกุล (Molecular Beam Epitaxy : MBE) เลเซอร์ไดโอดมีกำลังแสงต่ำตั้งแต่ระดับไมโครวัตต์ (uW) จนสูงถึงวัตต์ (W) และเป็นเลเซอร์ที่มีจุดเด่นคือ สามารถโมดูเลตสัญญาณได้ โดยตรง โดยผ่านเข้าไปทางด้านกระแสไฟฟ้าที่ฉีดผ่านตัวสิ่งประดิษฐ์ จึงสะดวกต่อการใช้งานโดยเฉพาะการสื่อสารทางด้านแสง

ศักยภาพในการประยุกต์ใช้งานเลเซอร์มีมากมาย ได้แก่อะไรบ้าง

[ ขยายดูภาพใหญ่ ]

๖. การประยุกต์ใช้งานเลเซอร์ เลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่มีคุณสมบัติเด่น คือเป็นคลื่นแสงที่มีระเบียบ มีลักษณะเป็นลำแสง ความเข้มแสงสูง จึงมีศักยภาพในด้านประยุกต์มากมาย ได้แก่ ๖.๑ การใช้เลเซอร์เพื่อเจาะ ตัด เชื่อม เลเซอร์เป็นแสงที่มีความเข้มสูง และเป็นลำแสง เมื่อโฟกัสมีขนาดเล็กจะสามารถ เจาะ ตัด เชื่อม วัสดุต่าง ๆ ได้ รูปที่เจาะ รอยตัด รอยเชื ่อม จะมีขนาดเล็กและคมชัดมาก ทำให้สามารถทำงานที่มีความละเอียดสูงได้ เลเซอร์ที่ใช้งานต้องมีกำลังสูง เช่น เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ และเลเซอร์แย็ค ๖.๒ การใช้เลเซอร์ด้านการแพทย์ เลเซอร์ถูกนำมาใช้ในการผ่าตัดและรักษาทางด้านการแพทย์และจักษุแพทย์ เช่น การผ่าตัดที่มีขนาดเล็ก (Microsurgery) การผ่าตัดต้อ เป็นต้น เลเซอร์ที่ใช้ ได้แก่ เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ เลเซอร์อาร์กอน ๖.๓ การใช้เลเซอร์ด้านสื่อสารโทรคมนาคม เลเซอร์ไดโอดถูกนำมาใช้เป็นตัวส่งสัญญาณผ่านเส้นใยแก้วนำแสง เพื่อใช้ถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์ โทรศัพท์ ข้อมูลคอมพิวเตอร์ อย่างกว ้างขวาง สื่อสารโทรคมนาคมด้วยแสงเลเซอร์นี้มีจุดเด่นที่จะไม่มีสัญญาณรบกวนเพราะเป็นคลื่นเสง มีความจุข้อมูลสูงมากเพ ราะมี ความถี่สูงกว่าคลื่นวิทยุ ทำให้เส้นใยแก้วนำแสงเส้นหนึ่งสามารถจุคู่สายโทรศัพท์ได้เป็นพัน ๆ คู่สาย ๖.๔ การใช้เลเซอร์ทางด้านสร้างภาพสามมิติ เลเซอร์มีความเป็นระเบียบของคลื่นแสง ดังนั้นจึงสามารถบันทึกข้อมูลของภาพสามมิติได้เพราะบันทึกทั้งความเข้มแสงและเฟส (หน้าคลื่น) ของแสงด้วย ภาพที่บันทึกจึงมีข้อมูลเกี่ยวกับความลึกของภาพด้วย ทำให้ได้ภาพสามมิติเรียกว่า โฮโลกราฟี (Hologra phy) การ บันทึกภาพสามมิตินี้ต้องกระทำบนโต๊ะแสง (Optical Bench) เพื่อขจัดปัญหาการสั่นสะเทือน คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้พัฒนา เทคนิคการบันทึกภาพสามมิติเชิงซ้อน และนำภาพสามมิติเชิงซ้อนดังกล่าวมาประยุกต์เป็นกุญแจแสง (Optical key) และบัตรป ระจำตัว (Holographic Identification) ซึ่งเป็นผลงานที่จดสิทธิบัตร ๖.๕ การใช้เลเซอร์ในการวัด เลเซอร์มีค่าความยาวคลื่นคงที่ และเป็นลำแสงขนาน จึงถูกนำมาใช้เป็นมาตรฐานการวัดที่ละเอียดแม่นยำ เช่น การวัดขนาดข องสิ่งของการวัดระยะทางทั้งใกล้และไกล โดยอาศัยหลักการของการสอดแทรก เช่น อินเทอเฟโรเมตรี (Interferometry) หลักการการสะท้อนของ คลื่น แสงที่เป็นพัลส์ และหลักการเกิดการเคลื่อนของเฟส (Phase Shift) ของคลื่นแสงที่ถูกโมดูเลตแล้ว ๖.๖ การใช้เลเซอร์ในอุปกรณ์สำนักงานและใช้ในบ้าน เลเซอร์ไดโอดเป็นเลเซอร์ที่มีขนาดเล็กจิ๋วไม่กินไฟ จึงเหมาะนำมาประยุกต์กับอุปกรณ์สำนักงานและใช้ในบ้าน ได้แก่ การใช้เลเซอร ์เป็นเลเซอร์พอยนท์เตอร์ ใช้ในเครื่องถ่ายเอกสาร และเครื่องพิมพ์เอกสารแบบ เลเซอร์พริ้นเตอร์ ใช้ในเครื่องเสียงคอมแพคดิสก์ ใช้ในเครื่องวิดีโอเลเซอร์ดิสก์ ฯลฯ ๖.๗ การใช้เลเซอร์ในงานด้านนิทรรศการ แสงเลเซอร์มีลักษณะเด่น คือ มีลำแสงที่ระยิบระยับเนื่องจากการเกิดการสอดแทรกของแสงเลเซอร์ เมื่อฉายกระทบฝุ่นละอองในอ ากาศที่แขวนลอย ทำให้การแสดงนิทรรศการมีชีวิตชีวาเราจึงเห็นมีการนำเลเซอร์ไปใช้ในงานโฆษณา งานแสดงละคร งานบนเวที คอนเสิรต์ ฯลฯ ด้วย ๖.๘ การใช้เลเซอร์ในด้านเลเซอร์ฟิวชั่น (Laser Fusion) ฟิวชั่นเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดจากการหลอมธาตุเบา เช่น ไฮโดรเจน หรือไอโซโทป ของไฮโดรเจน ให้กลายเป็นธาตุหนัก เช่น ฮีเลียมและมีพลังงานความร้อนเป็นผลพลอยได้จำนวนมาก จึงสามารถนำพลังงานดังกล่าวไปผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ปฏิกิริยาฟิวชั่นนี้สามาร ถชักนำให้เกิดและควบคุมด้วยแสงเลเซอร์ที่มีกำลังสูงมาก ๆ (มีขนาดเทราวัตต์ : TW หรือ 1012 วัตต์) เลเซอร์ที่มีกำลังสูงนี้ ได้แก่ เลเซอร์แก้ว และเลเซอร์เอกไซเมอร์ เป็นเทคโนโลยีการประยุกต์เลเซอร์ที่กำลังวิจัยพัฒนาและหากทำได้สำเร็จจะทำให้สังคมโลกเร ามีพลังงานที่สะอาดใช้ เพราะปฏิกิริยาฟิวชั่นนี้มีกัมมันตภาพรังสีน้อยมาก