Classroom : Physics Style ตอน Laser
ทีมงานทรูปลูกปัญญา
|
18 ม.ค. 65
 | 4.1K views



Physics Style: ตอน Laser

จากฉบับที่แล้วที่ได้เกริ่นไว้หลังจากเรียนรู้เรื่องปัญหาสายตาและวิธีการแก้ไขเบื้องต้นโดยการใช้แว่นสายตา ฉบับนี้มารู้จักวิธีการรักษาปัญหาสายตาแบบถาวร นั่นคือการทำเลสิค (LASIK) ซึ่งย่อมาจาก Laser In-Situ Keratomileusis หรือการใช้แสงเลเซอร์ผ่าตัดปรับแต่งเลนส์ตาให้เข้ารูปเข้ารอยกันครับ

หลายคนคงเคยได้ยินชื่อเสียงของแสงเลเซอร์มากันไม่มากก็น้อย ไม่ว่าจะเป็นอาวุธในตำนานของอัศวินเจได แห่งสตาร์วอร์ส และ Gundam RX 78-2 แห่งสหพันธรัฐ ดาบสุดเท่ห์ของ ZERO จากซีรีย์ Rockman หรือแม้กระทั่งท่าไม้ตายสุดโกงของ Kamen Rider 000 Putotyra ถ้าจะกล่าวถึงหลักการทำงานของเลเซอร์แบบคร่าวๆ คงต้องอ้างอิงถึง “ทฤษฎีแถบพลังงาน” ว่ากันด้วย Band Diagram ดังรูป



จุดสีน้ำเงินในรูปแสดงถึงระดับพลังงานของอะตอม ปกติแล้วอะตอมส่วนใหญ่จะนอนอยู่แน่นิ่งที่เส้นล่าง (Ground State) แต่มีอะตอมบางตัวที่ได้รับพลังงานสูงๆ เข้าไปจนกระเด้งไปอยู่ข้างบน ซึ่งเราเรียกระดับชั้นพลังงานนั้นว่า Excited State แต่อะตอมดันใฝ่ต่ำพยายามจะกลับมาอยู่ข้างล่าง โดยการปลดปล่อยพลังงานออกมา พลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกแสดงด้วยเส้นหยักๆ สีแดงในรูป การตกลงครั้งแรกและปลดปล่อยพลังงานตามธรรมชาติ เราเรียกว่า Spontaneous Emission เจ้าอะตอมอื่นที่อยู่ข้างบน พอเห็นเพื่อนตกลงมาก็อยากจะตกตามบ้าง พลังงานที่ปลดปล่อยออกมาแบบเส้นสีแดงเส้นแรกก็ไปลากเพื่อนๆ ลงมาด้วย โดยพลังงานเส้นแรกยังไม่หายไปไหน แต่มีเส้นที่สองมาเพิ่มในขบวน ยังไม่พอ! เส้นที่หนึ่งกับสองก็ไปชวนเส้นที่สาม สี่ ห้า ลงมาเรื่อยๆ ไม่รู้จบ การคายพลังงานแบบที่โดนคนอื่นชวน ลาก กระชากลงมาแบบนี้เราเรียกว่า Stimulated Emission

การคายพลังงานแบบนี้แหละที่ทำให้แสงเลเซอร์มีพลังงานและความเข้มแสงที่สูงมาก (ไม่สูงได้อย่างไร เล่นคายออกมากันเป็นขบวนขนาดนี้) นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติต่างจากแสงจากหลอดไฟทั่วไปคือมีความเป็นระเบียบสูงมาก รังสีของแสงมีแค่ความยาวคลื่นเดียว (มีสีเดียว) แถมวิ่งไปไกลๆ ก็ไม่บานออกเหมือนแสงหลอดไฟ



อย่างไรก็ตาม กระบวนการ Stimulated Emission โดยปกติจะเกิดเองไม่ได้ เพราะอะตอมส่วนใหญ่ไม่ได้อยู่ข้างบนแต่นอนพื้นอยู่ข้างล่าง (Normal Population รูป A) ดังนั้นสิ่งที่สำคัญที่ขาดไม่ได้คือ ระบบอัดฉีดพลังงาน (pumping) เพื่อยันอะตอมส่วนใหญ่ให้ขึ้นไปอยู่ข้างบน (Population Inversion รูป B) จากตัวอย่างมีการใช้ flash tube ทำหน้าที่อัดฉีดอะตอมของตัวกลางคือผลึกแท่งให้ขึ้นไปอยู่ชั้นบน



กลับมาสู่เรื่องการทำเลสิคหรือการใช้แสงเลเซอร์ผ่าตัดปรับแต่งเลนส์ตา ในการรักษาผู้ป่วยสายตาสั้นที่มีเลนส์ตาสั้นหนาเกินไป แสงเลเซอร์จะทำการฝานเลนส์ตาให้บางลงเพื่อลดความสามารถในการรวมแสง ให้ภาพไปตกที่เรตินา (ฉากรับภาพ) ได้พอดี ส่วนเคสของผู้ป่วยสายตายาวที่ภาพไปตกหลังเรตินา แสงเลเซอร์จะตัดกล้ามเนื้อยืดกระบอกตาออกบางส่วน เพื่อให้กระบอกตายาวขึ้นและเรตินาถอยหลังออกไปรับภาพได้พอดี สำหรับผู้ป่วยสายตาเอียงอันมีสาเหตุจากเลนส์ตามีความขรุขระ ทำให้ภาพในแกนตั้งและแกนนอนไม่โฟกัสที่จุดเดียวกัน (ตามภาพ จะเห็นว่าแสงสีแดงกับฟ้าโฟกัสกันคนละจุด) แสงเลเซอร์ก็ทำหน้าที่เกลี่ยกระจกตาให้เรียบเสมอกัน

ถ้าไม่นับดาบเจไดกับปืนเลเซอร์ไอ้มดแดง ประโยชน์ของแสงเลเซอร์ในชีวิตประจำวันยังมีมากมาย เช่น เราใช้เลเซอร์ในการส่งสัญญาณใยแก้วนำแสง การสร้างภาพโฮโลแกรม หรือ laser pointer ในการเล็งกระบอกปืนครับ
ใครมีคำถามเพิ่มเติมหรืออยากเรียนรู้ฟิสิกส์แบบเกรียนๆ อย่าลืมดูรายการสอนศาสตร์ หรือกดไลค์กันที่เฟซบุ๊ค PhysicsStyle สุดท้ายพี่ผิงขอปิดจ๊อบสไตล์อัศวินเจไดสักหน่อย “ขอพลังจงสถิตอยู่กับท่าน May the force be with you!”

------------------------------------------------------------------------------------

บทความโดย ครูพี่ผิง-กิตติธัช เลาห์อุทัยวัฒนา
"ครูพี่ผิง" อาจารย์ฟิสิกส์จากสถาบันกวดวิชา JIA และรายการสอนศาสตร์ ช่องทรูปลูกปัญญา ทรูวิชั่นส์ 9 เป็นศิษย์เก่าวิศวะไฟฟ้าจากจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ที่พกพาประสบการณ์การสอนฟิสิกส์กว่า 9 ปี ด้วยสไตล์การสอนที่สนุกเน้นความเข้าใจในที่มาและเหตุผล รวมทั้งหลักการประยุกต์ในวิชาฟิสิกส์สู่การนำไปปฏิบัติใช้ในชีวิตประจำวัน

 

ที่มา นิตยสาร plook