LASER Part III : ชนิดและประโยชน์ของแสงเลเซอร์

จากบทความ “LASER Part II : หลักการเกิดแสงเลเซอร์” เราได้ทราบแล้วว่า แสงเลเซอร์นี้เกิดขึ้นมาได้อย่างไร คราวนี้เราจะมากล่าวถึงชนิดของมัน และการนำแสงเลเซอร์ไปใช้ประโยชน์อีกด้วย

ชนิดของเลเซอร์

• แก๊สเลเซอร์ (Gas Laser) ระบบเลเซอร์ที่มีสารเลเซอร์อยู่ในสถานะแก๊ส หรือส่วนผสมของแก๊สหลายชนิด ตัวอย่างเช่น ฮีเลียม-นีออนเลเซอร์ คาร์บอนไดออกไซด์เลเซอร์ ไนโตรเจนเลเซอร์ ซีนอนเลเซอร์ อาร์กอนเลเซอร์ ฯลฯ
• ลิควิดเลเซอร์ (Liquid Laser) ใช้ของเหลวหรือสารละลายสีย้อมผ้าเป็นสารเลเซอร์ โดยทั่วไปมักเรียกว่า ดายเลเซอร์ ตัวอย่างสารละลายได้แก่ โรดาไมน์ 6G โรดาไมน์ คูมาริน เป็นต้น
• โซลิดเสตทเลเซอร์ (Solid State Laser) ใช้ของแข็งหรือในรูปผลึกเป็นสารเลเซอร์ ตัวอย่างเช่น รูบี้เลเซอร์ นีโอดิเมียมแย็กเลเซอร์ ไดโอดเลเซอร์ นีโอดิเมียมกลาสเลเซอร์ ฯลฯ

ประโยชน์ของเลเซอร์

1. การใช้เลเซอร์ด้านการแพทย์

เลเซอร์ถูกนำมาใช้ในการผ่าตัดและรักษาทางด้านการแพทย์และจักษุแพทย์ เช่น การผ่าตัดที่มีขนาดเล็ก (Microsurgery) การผ่าตัดต้อ เป็นต้น เลเซอร์ที่ใช้ได้แก่ เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ เลเซอร์อาร์กอน การเลือกใช้เลเซอร์แบบต่างๆขึ้นอยู่กับว่า อวัยวะที่ต้องการผ่าตัดมีความสามารถในการดูดกลืนแสงสีอะไร และขนาดกำลังของเลเซอร์ เช่น เส้นเลือดแดงจะดูดกลืนสีแดงได้น้อย จึงใช้เลเซอร์แสงสีเขียวที่ได้จากเลเซอร์ก๊าซอาร์กอน

ในการใช้งานจริงๆ อาจใช้ลำแขนที่มีกระจกเลนส์อยู่ภายใน และหักงอได้เป็นตัวนำแสงเลเซอร์ ไปยังบริเวณรอวัยวะที่จะผ่าตัด หรือใช้ลำแสงเลเซอร์ผ่านกล้องจุลทรรศน์ผ่าตัด ในการรักษาโรคมะเร็ง เลเซอร์ที่ใช้จะต้องมีความหนาแน่นพลังงาน 300-500 ลูกบาศก์เซนติเมตร แสงเลเซอร์จะทำลายเซลล์เนื้องอก โดยไม่ทำลายเนื้อเยื่อปกติโดยรอบ บาดแผลภายหลังการผ่าตัดจะฟื้นตัวเร็ว ในงานจุลศัลยกรรมของเส้นเลือด เลเซอร์สามารถห้ามเลือดให้หยุดไหลโดยการเชื่อมเส้นเลือดเล็กๆภายในบริเวณจำกัดให้ติดกัน วิธีการอาจใช้ท่อนำแสงเข้าช่วยด้วย เพื่อนำแสงเลเซอร์ไปตามช่องอวัยวะที่เข้าถึงยาก

2. การใช้เลเซอร์ด้านสื่อสารโทรคมนาคม

การสื่อสารในปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้คลื่นไมโครเวฟ หรือใช้โทรศัพท์ อย่างไรก็ตามหลังจากที่มีการพัฒนาเลเซอร์ไดโอด (semiconductor diode laser) และเส้นใยแก้วนำแสง (optical fiber) แล้วการสื่อด้วยแสง (optical communication) หรือการส่งข้อมูลข่าวสารจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งหรือระหว่างเมืองต่างๆ ก็เป็นไปได้อย่างรวดเร็ว ในอนาคตการสื่อสารด้วยเลเซอร์จะเข้ามาแทนที่ระบบโทรศัพท์ที่ใช้ลวดตัวนำที่ใช้กันอยู่ทั่วไป แสงเลเซอร์นี้มีจุดเด่นที่จะไม่มีสัญญาณรบกวนเพราะเป็นคลื่นแสง มีความจุข้อมูลสูงมากเพราะมีความถี่สูงกว่าคลื่นวิทยุ ทำให้เส้นใยแก้วนำแสงเส้นหนึ่งสามารถจุคู่สายโทรศัพท์ได้เป็นพันๆคู่

3. การใช้เลเซอร์ด้านการสร้างภาพสามมิติ

ปัจจุบันได้ใช้เลเซอร์ในการสร้างภาพ 3 มิติหรือภาพ โฮโลกราฟี หมายถึง กระบวนการสร้างภาพฮอโลแกรม ซึ่งเป็นภาพ 3 มิติ แตกต่างจากการสร้างภาพเชิง 3 มิติ โดยฮอโลแกรมนั้นเป็นภาพที่บันทึกลงบนฟิล์ม หรือ แผ่นเคลือบด้วยสารสำหรับบันทึกแสง ซึ่งผ่านเทคนิคการบันทึกด้วยการใช้ แสงที่มีหน้าคลื่นสอดคล้องกัน (coherence) เช่น แสงเลเซอร์ และเมื่อถูกส่องสว่างอย่างเหมาะสม จะแสดงให้เห็นภาพที่มีลักษณะ 3 มิติ

ฮอโลกราฟี เป็นเทคนิคที่ช่วยให้แสงกระจายจากวัตถุที่จะบันทึก และได้ถูกสร้างขึ้นใหม่ต่อมา เพื่อให้ปรากฏเป็นวัตถุอยู่ในตำแหน่งเดิมเมื่อเทียบกับการบันทึก การเปลี่ยนแปลงรูปแบบตำแหน่งและทิศทางของการระบบการมองเห็น เปลี่ยนแปลงไปอย่างถูกต้องเหมือนกับถ้าวัตถุก็ยังคงเป็นปัจจุบันจึงทำให้ภาพที่บันทึก (โฮโลแกรม) ปรากฏเป็นสามมิติ

เทคนิคของฮอโลกราฟียังสามารถใช้ในการเก็บ ดึงและประมวลผลข้อมูลที่เกี่ยวกับแสง ในขณะที่ฮอโลกราฟีเป็นที่นิยมใช้เพื่อใช้แสดงภาพ 3 มิติแบบคงที่ แต่ก็ยังไม่สามารถสร้างฉากตามต้องการโดยการแสดงปริมาตรของ holographic ได้

ถ้าจะกล่าวในคำพูดที่เป็นเชิงวิชาการมากขึ้น ก็อาจกล่าวได้ว่า ฮอโลแกรม ก็คือ บันทึกของรูปแบบการแทรกสอดของลำแสง ที่มีหน้าคลื่นสอดคล้องกัน 2 ลำ

การใช้เลเซอร์ในการวัด นับ ทดสอบ ตรวจสอบการควบคุม ทั้งในกระบวนการผลิตและในงานวิทยาศาสตร์ เช่น การตรวจสอบยางล้อเครื่องบินโดยไม่ทำลาย โดยวิธีโฮโลกราฟี (holography) การวัดปริมาณมลภาวะเพื่อหาปริมาณของสารต่างๆในบรรยากาศ เนื่องจากเลเซอร์มีความยามคลื่นคงที่และเป็นลำแสงขนานจึงถูกนำมาใช้เป็นมาตรฐานการวัดที่ละเอียดแม่นยำ เช่น การวัดขนาดของสิ่งของ การวัดระยะทางทั้งใกล้และไกล โดยอาศัยหลักการของการแทรกสอด

เนื้อหาจาก

Gould, R. Gordon (1959). "The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". in Franken, P.A. and Sands, R.H. (Eds.). The Ann Arbor Conference on Optical Pumping, the University of Michigan,

นพพร รัตนช่วง.ม.ป.ป.คู่มือปฏิบัติการฟิสิกส์ยุคใหม่ (01420222). คณะศิปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตกำแพงแสน,นครปฐม.(อัดสำเนา).

http://www.rmutphysics.com/charud/oldnews/181/Laser-Introduction.htm

http://www.sc.mahidol.ac.th/scpy/Optics/basic_laser2.htm

ภาพจาก

http://www.physics.umd.edu/~reberg/services/demos/demosm6/m6-01.htm

https://www.youtube.com/watch?v=A0LbzsnVFWE