Research

Rainbow in the Dark ตอนที่ 1


อาจารย์ชิตพงษ์ นภาพันธ์  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
27 มกราคม 2558  

อนาคตของแสงสีขาวเมื่อมองผ่านไฟหน้ารถของ 007

          กลางดึกของคืนวันที่ 7 ในเดือนตุลาคมที่ผ่านมา ผู้เขียนซึ่งกำลังขะมักขะเม้นจีบสาวบนเฟซบุคก็ได้รับทราบข่าวด่วนมาจากนักข่าวของเว็บไซต์ PHYS.ORG ซึ่งกำลังทานลูกชิ้นปิ้งอยู่ริมถนนในมหานครสตอกโฮล์มว่า รางวัลโนเบล (Nobel Prize) สาขาฟิสิกส์ในปีนี้ ตกเป็นของสามนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นไปแล้ว หนึ่งในนั้นเป็นชาวญี่ปุ่นที่ถือสัญชาติอเมริกัน

“นี่สำหรับผลงานสิ่งประดิษฐ์ไดโอดเปล่งแสงสีน้ำเงิน (Blue Light-emitting diode) อันทรงประสิทธิภาพ ก่อเกิดแหล่งกำเนิดแสงสีขาวที่สว่างและประหยัดพลังงาน”

          นั่นเป็นคำประกาศของราชสมาคมวิทยาศาสตร์แห่งประเทศสวีเดนที่ตัดสินรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2014 นี้ให้แก่ อิซามุ อากาซากิ (Isamu Akasaki) แห่งมหาวิทยาลัยเมโจและมหาวิทยาลัยนาโกยา, ฮิโรชิ อามาโนะ (Hiroshi Amano) แห่งมหาวิทยาลัยนาโกยา และ ชูจิ นากามูระ (Shuji Nakamura) แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตา บาบารา

          ศาสตราจารย์อากาซากิในวัย 85 และศาสตราจารย์อามาโนะในวัย 54 ได้รับทราบข่าวดีในประเทศบ้านเกิด ส่วนนากามูระตื่นขึ้นมารับโทรศัพท์ทางไกลจากกรุงสตอกโฮล์มในฝั่งเวสต์โคสต์ของประเทศสหรัฐอเมริกาในเวลาตีสาม ทั้งสามท่านนี้ ดูเหมือนนากามูระ ผู้ซึ่งจัดเจนกับแวดวงธุรกิจอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ น่าจะขี้โวโอ่อ่าที่สุดแระ! (HA HA)

http://physicsworld.com

          ผู้เขียนกล่าวอย่างนั้น เพราะบทบาทหน้ากล้องของเขาบนสื่อทุกสาขาและทุกประเภทนั่นเอง เขากล่าวว่า “ไม่มีใครสามารถผลิตโทรศัพท์มือถือได้โดยปราศจากสิ่งประดิษฐ์ ของเขา” (ป้าด ป้าด HA HA)

          หลังจากวันที่ 7 ข่าวทิ้งทวนจากทางฝั่งนากามูระดูจะมากมายเป็นพิเศษ ถึงอย่างไรก็ตามที คนช่างจ้อแต่เก่งจริงอย่างนากามูระได้ออกมาให้เครดิตสิ่งประดิษฐ์หลอดแอลอีดีแสงสีน้ำเงินให้แก่ เฮอร์เบิร์ต พอล มารุสกา (Herbert Paul Maruska) นักวิจัยแห่งบริษัท RCA ผู้ซึ่งสร้างต้นแบบหลอดแอลอีดีแสงสีน้ำเงินที่ทำงานได้สำเร็จในปี 1972 ด้วย เขาบอกว่า เขาไม่คิดว่างานของเขาหรือของทั้งอากาซากิและอามาโนะจะเป็นไปได้ หากไม่มีเฮิร์บที่ปูทางมาก่อน

          ข่าวสั้นๆ นั้นมาพร้อมกันกับความเห็นอันทรงพลังของนากามูระว่า ความหวังของเขาภายในห้าปีนี้ก็คือ เลเซอร์ไดโอด (LASER diodes) ให้แสงสีน้ำเงิน น่าจะถูกใช้อย่างแพร่หลายในทางการค้า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในระบบส่องสว่างของไฟหน้ารถยนต์ นากามูระบอกว่า บริษัทขายแอลอีดีโซรา (Soraa) ที่เขาก่อตั้งขึ้น ได้พัฒนาเลเซอร์ไดโอดให้แสงสีน้ำเงินสำหรับไฟหน้ารถยนต์ที่มีแสงสว่างมากกว่าหลอดแอลอีดีแสงสีน้ำเงินถึง 1000 เท่าในขณะที่ใช้พลังงานเพียง 2 ใน 3 ของหลอดแอลอีดีเท่านั้น!

          ผู้เขียนจึงติดตามเรื่องราวของเลเซอร์ไดโอดที่ให้แสงสีน้ำเงินจากวารสาร Spectrum ของ IEEE ที่มีคุณ Lawrence Ulrich นำเสนอจากลิงก์ของข่าวดังกล่าว และนี่แหละครับ เป็นที่มาของบทความที่มีชื่อเหมือนเพลงของคณะดนตรีเฮฟวีเมทัลนาม Dio ที่มีรถยนต์ BMW ของเจมส์ บอนด์เป็นพระเอก...

http://jalopnik.com/

          นักวิจัยที่รังลับของบอนด์ เอ้ย บีเอ็มดับเบิลยู ใช้เวลาหลายปีพัฒนาระบบส่องสว่างสำหรับรถยนต์นั่งนับตั้งแต่หลอดแอลอีดีแสงสีน้ำเงินถูกผลิตขึ้นเป็นครั้งแรกในช่วงต้นคริสต์ทศวรรษ 1990 ซึ่งต่อมาคำตอบของพวกเขาคือเลเซอร์ไดโอดแสงสีน้ำเงิน เป้าหมายก๊อคือการจำลองแสงไฟหน้ารถให้เหมือนกันกับแสงธรรมชาติจากดวงอาทิตย์ในเวลากลางวัน ณ บริเวณพื้นโลก

          ผู้เขียนคงต้องกล่าวด้วยว่า หากอ้างอิงจากทฤษฎีการแผ่รังสีของวัตถุดำ (Black body radiation) ที่มักซ์ พลังค์ (Max Planck) เสนอเพิ่มเติมจากวิลเฮล์ม วีน (Wilhelm Wien) อันเป็นต้นกำเนิดของทฤษฎีกลศาสตร์เชิงควอนตัมแล้ว เลเซอร์ไดโอดแสงสีน้ำเงินจะให้พลังงานของอุณหภูมิสี (Color temperature) ขึ้นไปถึง 6500 กิโลเคลวิน (ในขณะที่แสงสีขาวแกมเหลืองถึงแสงสีแดงในอีกฟากหนึ่ง พลังงานของอุณหภูมิสีจะอยู่ที่ประมาณ 2700-3500 กิโลเคลวินเท่านั้น) แต่พวกเขาต้องการมากกว่าความเข้มแสงจากไฟหน้า มันต้องชัดและผู้ขับขี่ต้องเห็นความแตกต่างของวัตถุเบื้องหน้าในแสงสีขาวเสมือนเวลากลางวัน อ่อ แน่นอนว่า ต้องสบายตาด้วย ดังนั้น BMW จึงลดระดับพลังงานอยู่ที่ระหว่าง 5500-6000 กิโลเคลวินเท่านั้น

          นับตั้งแต่มีไฟหน้ารถปรากฏขึ้นบนมรรคาพิภพ เราคงเรียงหลอดไส้ของเอดิสันจากโลกไปถึงดาวอังคารได้หลายรอบอยู่ (ประมาณว่าใช้กันมาน๊านนาน HA HA) จนกระทั่งหลอดฮาโลเจนหรือหลอดซีนอน (Xenon/ HID) ถูกพัฒนาขึ้นมาเมื่อ 20 ปีที่แล้วและแพร่หลายในปัจจุบันนั่นเอง แต่แม้ว่าหลอด HID จะสามารถให้กำลังความสว่างถึง 3500 ลูเมนและมีอุณหภูมิสีมากกว่า 4000K มันก้อให้แสงค่อนไปทางสีเหลือง (ที่หลายคนอาจจะบอกว่าสบายตา) แต่ที่แน่ๆ คือกินไฟ ประสิทธิภาพด้านกำลังงานของมันจึงต่ำกว่าทั้งแอลอีดีหรือเลเซอร์ไดโอด

          สำหรับครั้งแรกของไฟหน้าที่ใช้หลอดแอลอีดีนั้นปรากฏขึ้นราว 6 ปีก่อนโดย Lexus จนกระทั่งเลเซอร์ไดโอดของ BMW ปรากฏขึ้นในยุโรปสำหรับ i8 เมื่อต้นปีนี้เอง 

          สำหรับนากามูระแล้ว เขาบอกว่า “เราเชื่อว่า ยุคของแสงสว่างยุคต่อไปเป็นยุคของเลเซอร์” 

          นากามูระไม่ได้จำเพาะเจาะจงเลเซอร์สำหรับเทคโนโลยีไฮเอนด์เท่านั้น แต่เขาหมายถึงเลเซอร์ในทุกหนทุกแห่ง ในจอแสดงผล ในทุกสถานที่ทั้งธุรกิจสถานและบ้านเรือน!

          คุณผู้อ่านบางท่านอาจจะเกรงอันตรายของเลเซอร์ใช้สำหรับการส่องสว่าง โดยเฉพาะต่อดวงตาเหมือนผู้เขียน แต่ BMW บอกว่า รังสีความเข้มสูงไม่มีโอกาสทำอันตรายกับนัยน์ตาของผู้ใช้แม้กระทั่งการมองตรงๆ นั่นเป็นเพราะ หลอดไฟ BMW บรรจุส่วนที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์จากเลเซอร์ไดโอดไว้อย่างมิดชิด แต่กระบวนการผันลำแสงสีน้ำเงินความเข้มสูงก่อนจะผ่านแสงไปยังกรวยสะท้อนที่ให้แสงสีขาวที่เป็นมิตรกับดวงตาในขั้นตอนท้ายสุดนั้นไม่ได้เป็นแบบเลเซอร์ (Non-laser) อีกต่อไป ในความเห็นของผู้เขียนก็คือ ลำแสงเลเซอร์ถูกลดคุณสมบัติบางประการของการเป็นเลเซอร์เท่านั้น อาทิ พลังงานที่ให้ความเจิดจ้า แต่คุณสมบัติที่สำคัญของลำแสงเลเซอร์ เช่น มีทิศทางที่แน่นอน, มีความเป็นแสงเอกรงค์หรือความเป็นแสงเดี่ยว (Monochromaticity) และความเป็นอาพันธ์ของแสง (Coherence) อันมีความยาวคลื่นเดียวและเฟสเดียวนั้น ยังคงปรากฏอยู่

<< ย้อนกลับ