Laser
0 likes1,484 views
พอดีว่ามีรายงานเลยทำเก็บข้อมูลไว้ เนื้อหาอาจจะลึกนิดหน่อยกะว่าจะทำสำหรับม.2
Laser
- 1. แสงและการมองห็น - เลเซอร์ By Ploy_V
- 2. เลเซอร์ คืออะไร • • • • • • • Laser ย่อมาจากคาว่า light amplification by stimulated emission of radiation ในทางฟิสิกส์ คือ อุปกรณ์ที่ให้กาเนิดลาแสง ที่มีลักษณะเฉพาะ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่รวมกันระหว่างกลศาสตร์ควอนตัมกับอุณ หพลศาสตร์ ซึ่งพลังงานแสงเลเซอร์ สามารถมีคุณสมบัติได้หลากหลาย ขึ้นอยู่กับจุดประสงค์ในการออกแบบ เลเซอร์ส่วนมากจะเป็นลาแสงที่มขนาดเล็ก มีการเบี่ยงเบนน้อย (low-divergence beam) ี สามารถระบุความยาวคลืนได้ง่าย โดยดูจากสีของเลเซอร์ ถ้าอยู่ในสเป็กตรัมที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า (visible ่ spectrum) ซึ่งเลเซอร์นี้อาจกล่าวได้ว่า เป็นการรวมพลังงานแสงที่ส่งออกมาจากหลายความยาวคลื่นเข้าด้วยกัน การให้พลังงานผ่านทางสือนาแสง ซึ่งสื่อนาแสงอาจเป็นได้ทั้งของแข็ง ของเหลว ก๊าซ หรืออิเล็กตรอนอิสระที่มีคุณสมบัติ ่ สามารถนาแสงได้ ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด การค้นคว้าวิจัยเกี่ยวกับเลเซอร์ เกิดขึ้นครั้งแรกเมื่อเดือนพฤษภาคม ปี 1960 โดย ทีโอดอร์ ไมแมน (Theodore Maiman) ที่สถาบันวิจัย ฮิวจ์ (Hughes Research Laboratories) กลไกพื้นฐานของเลเซอร์ ได้แก่ การเปล่งแสงแบบถูกเร้า และ การขยายสัญญาณแสง
- 3. ความเป็นมาของเลเซอร์ • ผู้ที่คิดค้นเลเซอร์ได้คือ ซี.เอช. ทาวน์ส (C.H. Townes) ใน ปี ค.ศ. 1954 โดยได้เสนอเป็นหลักการหรือทฤษฎีเลเซอร์ไว้ ซี.เอช.ทาวน์ส ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1954 สาหรับการคิดค้นเรื่องเลเซอร์นี้เอง • แมแมน (Maiman) เป็นผู้ที่พิสูจน์ทฤษฎีเลเซอร์ของ C.H. Townes ได้สาเร็จ โดยการประดิษฐ์เลเซอร์ตัวแรกของโลกขึ้น เป็นเลเซอร์ที่ทาทับทิม (Ruby Laser) ซึ่งเป็นของแข็งในปี ค.ศ. 1960 • ในปีเดียวกันนั้นเอง จาแวน (Javan) ก็ได้ประดิษฐ์เลเซอร์ ทีทาจากก๊าซฮีเลียม-นีออนได้เป็นผลสาเร็จ จากนั้นจึงมีการ ่ พัฒนาเลเซอร์ชนิดต่างๆ อีกมากมาย ทั้งที่ทาจากของแข็ง ของเหลว ก๊าซ และสารกึงตัวนา ่
- 4. ทฤษฎี → เลเซอร์ ค.ศ. 1954 C.H. Townes คิดค้น ทฤษฎีเลเซอร์ ค.ศ. 1960 Maiman พิสูจน์ทฤษฎี เลเซอร์และประดิษฐ์เลเซอร์ตัวแรก ของโลกขึ้น คือเลเซอร์ทับทิม ซึ่ง เป็นของแข็ง ในปีเดียวกัน Javan ประดิษฐ์ เลเซอร์ที่ทาจากก๊าซฮีเลียม-นีออน
- 5. การเปล่งแสงแบบถูกเร้า (Stimulated Emission) • ระบบอะตอมหรือโมเลกุลที่ใช้ทาเลเซอร์จะมีชั้นพลังงานต่างๆ อยู่ โดยที่มีชั้นพลังงานทีjเกี่ยวข้องกับการเกิดแสงเลเซอร์อยู่ ๒ ชั้นพลังงาน โดยปกติอะตอมหรือโมเลกุลจะอยู่ที่ชั้นพลังงานต่า (E1) เสมอ เพราะมีเสถียรภาพกว่าเมื่อมีการป้อนพลังงานให้แก่ ระบบอะตอมหรือโมเลกุล เช่น การฉายแสงที่มีพลังงานที่พอดีกับผลต่างระหว่างชั้นพลังงานทั้งสอง (E2 - E1) อะตอมและ โมเลกุลจะถูกกระตุ้นให้ขนไปอยู่ที่ชั้นพลังงานที่สูงกว่า (E2) ปรากฏการณ์เช่นนี้คือ การดูดกลืนแสง (Absorption) ึ้ • เมื่ออะตอมหรือโมเลกุลมีพลังงานสูงขึ้นเนื่องจากการดูดกลืนแสงแล้ว จะคงสภาพเช่นนันได้ด้วยระยะเวลาหนึ่งเท่านั้น เพราะ ้ สถานะทีพลังงานสูง (E2) นี้ไม่เสถียร เมื่อเวลาผ่านไประยะหนึ่ง อะตอมและโมเลกุลเหล่านั้นก็จะตกกลับมาอยู่ที่ชั้นพลังงานต่า ่ (E1) ตามเดิม โดยคายพลังงานออกมาเท่ากับผลต่างระหว่างชั้นพลังงานทั้งสอง (E2 - E1) หรือเปล่งแสงกลับออกมานั่นเอง การ เปล่งแสงเช่นนี้เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติของอะตอมและโมเลกุลนั้นๆ จึงเรียกปรากฏการณ์ เช่นนี้ว่า การเปล่งแสงแบบเกิดขึ้นเอง (Spontaneous Emission) • การเปล่งแสงแบบถูกเร้า (Stimulated Emission) ซึ่งเป็นกลไกหลักของเลเซอร์นั้น เริ่มต้นจากการดูดกลืนแสง เพื่อให้อะตอม หรือโมเลกุลขึ้นไปอยู่ที่ชั้นพลังงานสูงเช่นกัน แทนที่จะให้อะตอมหรือโมเลกุลตกลงมาเอง เมื่อเวลาผ่านไปจะมีการฉายแสงเข้า ไปในระบบอะตอมหรือโมเลกุลที่มีพลังงานเท่ากับผลต่างของชั้น พลังงานทั้งสอง (E2 - E1) แต่แสงที่ฉายเข้าไปนี้ ไม่ถูกดูดกลืน โดยระบบฯ แสงนี้เร่งเร้าให้อะตอมหรือโมเลกุลคายพลังงานก่อนเวลา แสงที่เปล่งออกมากับแสงที่เร้าจึงออกมาจากระบบพร้อม กันมีพลังงานเท่ากัน และมีความพร้อมเพรียงกันทั้งทิศทางการเคลื่อนที่และเฟสของคลื่นแสง
- 7. การขยายสัญญาณแสง (Light Amplification) • เมื่อเกิดการเปล่งแสงแบบถูกเร้าในเนื้อวัสดุที่ใช้ทาเลเซอร์ โดยที่อะตอมหรือโมเลกุลของเนื้อวัสดุนั้นอยู่ในสภาพถูกกระตุ้น (Excited States) แสงที่เคลื่อนที่ผ่านเนื้อวัสดุนั้น จะเร้าให้เกิดการคายแสงมากขึ้นตามลาดับ ความเข้มของแสงจึงเพิ่มขึ้น ในทาง ควันตัมฟิสิกส์ (Quantum Physics) ได้มีการนิยามว่า แสงคือก้อนพลังงานเรียกว่า โฟตอน (Photon) เมื่อโฟตอนเคลื่อนที่ผ่านเนื้อวัสดุ ทีอยู่ในสภาพถูกกระตุ้น จานวนโฟตอนจะเพิ่มขึ้นตามลาดับ ่ • จานวนโฟตอนที่เกิดขึ้นจากการเปล่งแสงแบบถูกเร้านี้จะต้องมีมากพอ จึงจาเป็นต้องมีการขยายสัญญาณแสง โดยให้แสงวิ่ง กลับไปกลับมาผ่านเนื้อวัสดุเลเซอร์หลายๆ ครั้ง โดยใช้กระจก 2 ชิ้น ที่วางขนานกันที่ปลายทั้งสองเพื่อสะท้อนแสงกลับไปมา กระจก 2 ชิ้นที่ขนานกันนี้เรียกว่า แควิตี้แสง (Optical Cavity) ซึ่งทาหน้าที่ขยายสัญญาณแสงเพื่อให้มีความเข้มสูงจนเกิดเกน (Gain) เอาชนะ ความสูญเสีย (Loss) ของระบบและได้ลาแสงเลเซอร์พุ่งออกทางด้านกระจกที่มีการสะท้อนแสงไม่ถึง 100%
- 9. องค์ประกอบของเลเซอร์ เลเซอร์โดยทั่วไปประกอบด้วยองค์ประกอบสำคัญ 3ส่วน ได้แก่ 1. เนือวัสดุที่ใช้เป็นตัวกลำงเลเซอร์ (Laser Medium) ้ 2. กำรปั๊มพลังงำนให้แก่เนื้อวัสดุทเี่ ป็นตัวกลำงเลเซอร์ให้มสภำพถูกกระตุ้น (Energy Pumping) ี 3. แควิตแสงเพือขยำยสัญญำณแสง ี้ ่
- 10. คุณสมบัติโคฮีเร้นท์ของแสงเลเซอร์ แสงเลเซอร์เกิดขึ้นจากการเปล่งแสงถูกเร้าโฟตอนจึงมีความเป็นระเบียบสูง คลื่นแสงมีลักษณะที่พร้อมเพรียงกัน และเมื่อมีการขยายสัญญาณแสงด้วย แควิตี้แสง โฟตอนจึงมีจานวนมาก หรือแสงมีความเข้มสูง และวิ่งในทิศทางที่แน่นอน คือตั้งฉากกับกระจกที่ใช้ทาเป็นแควิตี้เท่านั้น จึงมีลักษณะเป็น ลาแสง หากเปรียบเทียบกับกองทหาร ก็เป็นหน่วยทหารที่มีระเบียบเดินแถวเป็นหน้ากระดานด้วยจังหวะการเดินที่พร้อมเพรียงกัน และก้าวเท่าๆ กัน เดินไปในทิศทางเดียวกัน แสงเลเซอร์มีคุณสมบัติหลักๆ 4 ประการ คือ 1. เป็นแสงสีเดียว (มีค่าความยาวคลื่นเดียว) 2. มีเฟสเดียวกัน (มีหน้าคลื่น) 3. มีทิศทางแน่นอน (เป็นลาแสง) 4. มีความเข้มสูง (จานวนโฟตอนต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่สูง) คุณสมบัติทั้ง 4 นี้เรียกรวมๆ กันว่า คุณสมบัติโคฮีเร้นท์ (Coherent) เลเซอร์จึงเป็นแหล่งกาเนิดแสงแบบโคฮีเร้นท์ (Coherent Light Source) นั่นเอง จุดเด่นทั้ง 4นี้มีส่วนสาคัญที่ทาให้แสงเลเซอร์เกิดประโยชน์ในด้านประยุกต์ เช่น การที่แสงเลเซอร์มีค่าความยาวคลื่นที่แน่นอนจึงทาให้เลเซอร์ ถูกใช้เป็นมาตรฐาน และใช้ในงานที่ต้องการความแม่นยาสูง ได้แก่ การวัดระยะทางหน้าคลื่นที่เป็นระเบียบของแสงเลเซอร์ถูกนามาใช้เพื่อบั นทึกข้อมูล ของภาพสามมิติ ลักษณะเป็นลาแสงมีประโยชน์ต่อการนาร่อง การสื่อสารและความเข้มสูงของแสงเลเซอร์ มีที่ใช้งานด้านเจาะตัด เชื่อมวัสดุได้ รวมทั้ง การผ่าตัดด้วยแสงเลเซอร์ในด้านการแพทย์อีกด้วย
- 12. การประยุกต์ใช้งาȨลเซอร์ เลเซอร์เป็นแหล่งกาเนิดแสงที่มีคุณสมบัติเด่น คือเป็นคลื่นแสงที่มีระเบียบ มีลักษณะเป็นลาแสง ความเข้มแสงสูง จึงมีศักยภาพใน ด้านประยุกต์มากมาย ได้แก่ • การใช้เลเซอร์เพื่อเจาะ ตัด เชื่อม เลเซอร์เป็นแสงที่มีความเข้มสูง และเป็นลาแสงเมื่อโฟกัสมีขนาดเล็กจะสามารถเจาะตัด เชื่อม วัสดุต่างๆ ได้ รูปที่เจาะ รอยตัด รอยเชื่อม จะมีขนาดเล็กและคมชัดมาก ทาให้สามารถทางานที่มีความละเอียดสูงได้ เลเซอร์ที่ใช้งาน ต้องมีกาลังสูง เช่น เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ และเลเซอร์แย็ค • การใช้เลเซอร์ด้านการแพทย์ เลเซอร์ถูกนามาใช้ในการผ่าตัดและรักษาทางด้านการแพทย์และจักษุแพทย์ เช่น การผ่าตัดที่มีขนาดเล็ก (Microsurgery) การผ่าตัดต้อ เป็นต้น เลเซอร์ที่ใช้ ได้แก่ เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ เลเซอร์อาร์กอน • การใช้เลเซอร์ด้านสื่อสารโทรคมนาคม เลเซอร์ไดโอดถูกนามาใช้เป็นตัวส่งสัญญาณผ่านเส้นใยแก้วนาแสง เพื่อใช้ถ่ายทอด สัญญาณโทรทัศน์ โทรศัพท์ ข้อมูลคอมพิวเตอร์ อย่างกว้างขวาง สื่อสารโทรคมนาคมด้วยแสงเลเซอร์นี้มีจุดเด่นที่จะไม่มีสัญญาณ รบกวนเพราะเป็นคลื่นแสง มีความจุข้อมูลสูงมากเพราะมีความถี่สูงกว่าคลื่นวิทยุ ทาให้เส้นใยแก้วนาแสงเส้นหนึ่งสามารถจุคู่ สายโทรศัพท์ได้เป็นพันๆ คู่สาย ปัจจุบันประเทศไทยเริ่มใช้เส้นใยแก้วนาแสงในการสื่อสารโทรคมนาคมแล้ว โดยการวางเครือข่ายเส้นใยแก้วนาแสงคู่ขนานไป กับทางรถไฟทั่วประเทศแล้วกว่า 3,000 กม.
- 13. • การใช้เลเซอร์ทางด้านสร้างภาพสามมิติ เลเซอร์มีความเป็นระเบียบของคลื่นแสงดังนั้นจึงสามารถบันทึกข้อมูลของภาพสามมิติ ได้เพราะบันทึกทั้งความเข้มแสงและเฟส (หน้าคลืน)ของแสงด้วย ภาพที่บันทึกจึงมีข้อมูลเกี่ยวกับความลึกของภาพด้วย ทาให้ได้ภาพ ่ สามมิติเรียกว่า โฮโลกราฟี (Holography) การบันทึกภาพสามมิตินี้ต้องกระทาบนโต๊ะแสง (Optical Bench)เพื่อขจัดปัญหาการ สั่นสะเทือน คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้พัฒนาเทคนิคการบันทึกภาพสามมิติเชิงซ้อน และนาภาพสามมิติ เชิงซ้อนดังกล่าวมาประยุกต์เป็นกุญแจแสง (Optical key) และบัตรประจาตัว (Holographic Identification) ซึ่งเป็นผลงานที่ จดสิทธิบัตร เลเซอร์ที่ใช้ในงานสร้างภาพสามมิตินี้ต้องมีคุณภาพดี เช่น เลเซอร์ฮีเลียม-นีออน และเลเซอร์อาร์กอน ที่มีเสถียรภาพและ โหมดเดี่ยว (Single Mode) • การใช้เลเซอร์ในด้านการวัด เลเซอร์มีคาความยาวคลื่นคงที่ และเป็นลาแสงขนาน จึงถูกนามาใช้เป็นมาตรฐานการวัดที่ละเอียด ่ แม่นยา เช่น การวัดขนาดของสิ่งของการวัดระยะทางทั้งใกล้และไกล โดยอาศัยหลักการของการสอดแทรก เช่น อินเทอเฟโรเมตรี (Interferometry) หลักการการสะท้อนของคลื่นแสงที่เป็นพัลส์ และหลักการเกิดการเคลื่อนของเฟส (Phase Shift) ของคลื่นแสงที่ถูก โมดูเลตแล้ว • การใช้เลเซอร์ในอุปกรณ์สานักงานและใช้ในบ้าน เลเซอร์ไดโอดเป็นเลเซอร์ที่มีขนาดเล็กจิ๋วไม่กินไฟ จึงเหมาะนามาประยุกต์กับ อุปกรณ์สานักงาน และใช้ในบ้าน ได้แก่ การใช้เลเซอร์เป็นเลเซอร์พอยนท์เตอร์ ใช้ในเครื่องถ่ายเอกสาร และเครื่องพิมพ์เอกสารแบบ เลเซอร์พริ้นเตอร์ ใช้ในเครื่องเสียงคอมแพคดิสก์ ใช้ในเครื่องวิดีโอเลเซอร์ดิสก์ ฯลฯ
- 14. • การใช้เลเซอร์ในงานด้านนิทรรศการ แสงเลเซอร์มลักษณะเด่นคือ มีลาแสงที่ระยิบระยับเนื่องจากการเกิดการสอดแทรกของแสง ี เลเซอร์ เมื่อฉายกระทบฝุ่นละอองในอากาศที่แขวนลอย ทาให้การแสดงนิทรรศการมีชีวิตชีวาเราจึงเห็นมีการนาเลเซอร์ไปใช้ในงาน โฆษณางานแสดงละคร งานบนเวทีคอนเสิร์ต ด้วย • การใช้เลเซอร์ในด้านเลเซอร์ฟิวชั่น (Laser Fusion) ฟิวชั่นเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดจากการหลอมธาตุเบา เช่น ไฮโดรเจน หรือ ไอโซโทปของไฮโดรเจน ให้กลายเป็นธาตุหนัก เช่น ฮีเลียมและมีพลังงานความร้อนเป็นผลพลอยได้จานวน มาก จึงสามารถนา พลังงานดังกล่าวไปผลิต กระแสไฟฟ้าได้ ปฏิกิริยาฟิวชั่นนีสามารถชักนาให้เกิดและควบคุมด้วยแสงเลเซอร์ที่มีกาลังสูงมากๆ (มีขนาดเทราวัตต์ : TW ้ หรือ 10 ¹²วัตต์)เลเซอร์ที่มีกาลังสูงนี้ ได้แก่ เลเซอร์แก้ว และเลเซอร์เอกไซเมอร์ เป็นเทคโนโลยีการประยุกต์เลเซอร์ที่กาลังวิจัยพัฒนา และหากทาได้สาเร็จจะทาให้สังคมโลกเรามีพลังงานที่สะอาดใช้เพราะปฏิกิริยาฟิวชั่นนีมีกัมมันตภาพรังสีน้อยมาก ้ เลเซอร์เป็นแหล่งกาเนิดแสงประเภทโคฮีเร้นท์ มีค่าความยาวคลื่นแน่นอน มีระเบียบเป็นลาแสง และมีความเข้มสูง เลเซอร์ทาขึ้น จากของแข็ง ก๊าซ ของเหลว และสารกึ่งตัวนาจึงให้แสงเลเซอร์ที่มีกาลังแสงและลักษณะของแสงเลเซอร์ที่แตกต่างกัน เลเซอร์มี ประโยชน์นานัปการในศาสตร์หลายด้าน ทั้งทางด้านวิศวกรรมศาสตร์ แพทยศาสตร์ วิทยาศาสตร์การทหาร และการผลิตพลังงาน สาหรับอนาคต
- 17. เลเซอร์ของแข็ง เลเซอร์ของแข็ง คือ เลเซอร์ที่ใช้ตัวกลางเป็นของแข็ง เช่น เลเซอร์ทับทิม เลเซอร์แย็ค เลเซอร์แก้ว ฯลฯ ทับทิมและแย็คเป็นผลึก ส่วนแก้วเป็นอะมอร์ฟัส ตัวกลางเหล่านี้ทาหน้าที่เป็น เนื้อวัสดุเจ้าบ้าน (Host Materials) เท่านั้นเพราะตัวที่ทาให้เกิดการเปล่งแสงนั้น กาหนดจากสารเจือปนที่เติมในเนื้อสารเหล่านี้ เช่น ทับทิมจะใช้โครเมียมเป็นสารเจือปน จึงให้สีแดงที่มีความยาวคลื่น 6493อังสตรอม (Al₂O₃:Cr³⁺) แย็คและแก้วจะใช้นีโอดีเนียมเป็นสารเจือปน จึงให้แสงอินฟาเรดที่มีความยาวคลื่น 1.06ไมครอน (YAG : Nd³⁺ Glass : Nd³⁺) ในการปั๊มพลังงานแก่ของแข็งเหล่านี้ ต้องใช้วิธีการทางแสงคือใช้หลอดไฟซีนอนหรือหลอดไฟทังสเตนฉาย โดยมีตัวสะท้อนแสง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการปั๊มพลังงาน ตัวสะท้อนแสงนี้มีลักษณะเป็นกระบอกที่มีพื้นที่หน้าตัดเป็นรูปวงรี และมีการวางหลอดไฟ และตัวกลางเลเซอร์ไว้ที่ตาแหน่งของจุดโฟกัสของวงรี
- 18. เลเซอร์ของเหลว เราสามารถใช้ตัวกลางเลเซอร์ที่ทาจากของเหลวได้ เช่น ใช้สย้อมผ้า (Dye) ผสมน้าหรือแอลกอฮอล์ บรรจุใส่ภาชนะใส ี การปั๊มพลังงานแก่ของเหลวเหล่านี้ใช้วิธีทางแสงเช่นเดียวกับตัวกลางเลเซอร์ที่เป็นของแข็ง เช่น ใช้หลอดซีนอน หรือ เลเซอร์ไนโตรเจน เลเซอร์ของเหลวเหล่านี้จะมีจุดเด่นที่สาคัญคือเป็นเลเซอร์ที่ให้สีที่ตามองเห็น ค่าความยาวคลื่นของแสงสามารถ ปรับได้จึง เป็น ทูเนเบิล เลเซอร์ (Tunable Laser) เพราะโมเลกุลของสีย้อมผ้ามีขนาดโต เนื่องจากเป็นสารอินทรีย์เคมีระดับพลังงาน ของโมเลกุล มีลักษณะเป็นชั้นพลังงานที่ซ้อนหลายชั้น มิได้เป็นชั้นเดี่ยวๆ เหมือนกรณีของก๊าซหรือของแข็ง ตัวอย่างของสีย้อมผ้าที่นิยมใช้ได้แก่ โรดามีน 6 จี (Rhodamine 6G) ซึ่งใช้แสงเลเซอร์ ตั้งแต่สีเหลืองไปถึงสีส้ม (570-610 nm) โรดามีน บี (Rhodamine B) ให้แสงเลเซอร์ช่วงสีแดง (605-635 nm) และ ดีคลอโรฟลูออเรสเซียน (Dichlorofluorescein) ให้ แสงเลเซอร์สีเขียว (530-560 nm)
- 19. เลเซอร์ก๊าซ เมื่อใช้ก๊าซเป็นตัวกลางเลเซอร์ การปั๊มพลังงานก็จะใช้วิธีการปล่อยประจุในก๊าซด้วยไฟฟ้าแรงสูง กล่าวคือนาก๊าซเหล่านันบรรจุ ้ ในหลอดเลเซอร์ซึ่งมีขั้วไฟฟ้าที่ปลายทั้งสอง เมื่อป้อนไฟฟ้าแรงสูงให้แก่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง อิเล็กตรอนจะวิ่งจากขั้วแคโทด (ขั้วลบ) ไปยัง ขั้วอโนด (ขั้วบวก) ด้วยพลังงานสูง อิเล็กตรอนจะวิ่งชนอะตอมหรือโมเลกุลของก๊าซเหล่านั้น จนแตกตัวเป็นอิออนมีประจุไฟฟ้า ขึ้น เรียกว่า พลาสมา (Plasma) ก๊าซที่เป็นพลาสมาเหล่านี้จะพร้อมปล่อยโฟตอน หากมีโฟตอนที่มีลักษณะเหมือนกันมาเร้า จึงเกิดเป็น แสงเลเซอร์ขนเมื่อมีการขยายสัญญาณแสงด้วยแควิตี้แสง ที่ทาจากกระจกสะท้อนที่ปลายขั้วทั้งสองข้างของหลอดเลเซอร์ ึ้ ก๊าซที่ใช้ทาเลเซอร์มีหลายชนิด เช่น ก๊าซผสมฮีเลียม-นีออน (He - Ne) ก๊าซผสมคาร์บอนไดออกไซด์ - ไนโตรเจน - ฮีเลียม (CO² - N² - He) ก๊าซผสมฮีเลียม-แคดเมียม (He - Cd) ก๊าซอาร์กอน (Ar⁺) ซึ่งจะให้สีต่างๆ ตามชนิดของก๊าซ เลเซอร์ฮีเลียม - นีออน เป็นเลเซอร์กาลังแสงต่า (1~10 mW) เลเซอร์ฮีเลียม - แคดเมียมและเลเซอร์อาร์กอน เป็นเลเซอร์กาลัง แสงปานกลาง (10~100 mW) ส่วนเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์เป็นเลเซอร์กาลังแรงสูง (1~100 W) จึงมีการใช้งานที่แตกต่างกันไป แต่เลเซอร์ทุกชนิดมีอันตราย เพราะแสงเลเซอร์ที่มีกาลังแสงเพียง ๑mW จะมีความเข้มแสงสูงกว่าพระอาทิตย์จึงสามารถทาให้ตาบอด ได้หากแสงเลเซอร์พุ่งเข้าหานัยน์ตาโดยตรง
- 20. เลเซอร์ไดโอด เลเซอร์ไดโอดเป็นเลเซอร์ที่ทาจากสารกึ่งตัวนา ซึ่งทาจากสารประกอบ เช่น GaAs (แกลเลียมอาร์เซไนด์) GaAlAs (แกลเลียมอะลูมิเนียมอาร์เซไนด์) In GaAsP (อินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ฟอสฟายด์) ซึ่งมีคาแถบพลังงานต่างๆกัน จึงเป็นตัว ่ กาหนดค่าความยาวคลื่นของแสงเลเซอร์ เช่น m (อินฟาเรด) GaAlAs ให้แสงเลเซอร์ที่ค่าความยาวคลื่น 0.7 mm (สีแดง) InGaAsP ให้แสงเลเซอร์ที่ค่าความยาวคลื่น 1.3 และ 1.55 mm (อินฟาเรด) GaAs ให้แสงเลเซอร์ที่ค่าความยาวคลื่น 0.8 m เลเซอร์ไดโอดแต่ละชนิดจึงมีการใช้งานที่แตกต่างกันตามลักษณะ และคุณสมบัติของค่าความยาวคลื่นนั้นๆ เช่น เลเซอร์ไดโอด m ที่ให้สีแดงจะใช้ในเครื่องคอมแพคดิสก์ ส่วนเลเซอร์ไดโอดที่ให้แสงอินฟาเรดที่ค่าความยาวคลื่น 1.55 m จะใช้ในระบบสื่อสารผ่าน เส้นใยแก้วนาแสง เป็นต้น
- 21. โครงสร้างของเลเซอร์ไดโอด ได้แก่ หัวต่อพีเอ็นแบบเฮตเตอโรจังชั่น (Heterojunction) เช่น GaAlAs/GaAs ทาให้ประสิทธิภาพของ เลเซอร์ไดโอดมีค่าสูงขึ้น เพราะใช้กระแสที่เลเซอร์ไดโอดเริ่มทางานน้อยลง การฉีดกระแสไฟฟ้าผ่านหัวต่อพีเอ็นของเลเซอร์ไดโอด เป็นวิธีการปั๊มพลังงาน เพือให้เกิดการรวมตัวของพาหะนาไฟฟ้าในสารกึ่งตัวนาและนามาสู่การเปล่งแสงแสงที่เปล่งออกมาจะถูกขยาย ่ สัญญาณให้มความเข้มสูงขึ้น ด้วยแควิตี้แสงที่เกิดจากผิวมันสะท้อนแสงของผิวผลึกที่ทาให้แตกโดยธรรมชาติ (Cleavaged Surface) ี เลเซอร์ไดโอดเป็นเลเซอร์ที่มีขนาดเล็กจิ๋วกินไฟน้อย สามารถผลิตได้จานวนมากๆ ด้วยเทคโนโลยีด้านสารกึ่งตัวนา เลเซอร์ไดโอดถูก ใช้งานอย่างกว้างขวางตั้งแต่การใช้เป็นเลเซอร์พอยนท์เตอร์ (Laser Pointer) ใช้ในการสื่อสารผ่านเส้นใยแก้วนาแสง ใช้เป็นหัวอ่านของเครื่องคอมแพคดิสก์ เครื่องวิดีโอเลเซอร์ดิสก์ และเครื่องถ่ายเอกสารประเภทเลเซอร์ พริ้นเตอร์ (Laser Printer) คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้ศึกษาวิจัยการสร้างเลเซอร์ไดโอดด้วยเทคโนโลยีด้านการปลูกผลึกจากของเหลว (Liquid Phase Epitaxy : LPE) และเทคโนโลยีการปลูกผลึกด้วยลาโมเลกุล (Molecular Beam Epitaxy : MBE) เลเซอร์ไดโอดมีกาลังแสงต่าตังแต่ระดับไมโครวัตต์ (mw) จนสูงถึงวัตต์ (W) และเป็นเลเซอร์ที่มีจุดเด่นคือ สามารถโมดูเลต ้ สัญญาณได้โดยตรง โดยผ่านเข้าไปทางด้านกระแสไฟฟ้าที่ฉดผ่านตัวสิ่งประดิษฐ์ จึงสะดวกต่อการใช้งานโดยเฉพาะการสื่อสารทาง ี ด้านแสง