Research

Rainbow in the Dark ตอนที่ 2


อาจารย์ชิตพงษ์ นภาพันธ์  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
29 มีนาคม 2558  

       เทคนิคภายในผลิตภัณฑ์ต้นแบบของ BMW ในขณะนี้ (ตุลาคม 2557) จะใช้เลเซอร์ไดโอด 3 ตัวยิงลำแสงเลเซอร์สีน้ำเงินพร้อมกันเพื่อรวมพลังผ่านเลนส์รวมแสง (Collimating lenses) (แบบที่ใช้ในเครื่องเล่นซีดี/ดีวีดี) เข้าสู่กระจกรับแสงแล้วสะท้อนลงบนเพลทรับที่เคลือบสารฟอสฟอรัสซึ่งจะทำหน้าที่แปลงแสงสีน้ำเงินไปเป็นแสงสีขาวผ่านกระทบไปยังเลนส์รับแสง (Optics) ชิ้นที่สองเพื่อสะท้อนแสงสีขาวดังกล่าวไปยังถนนเบื้องหน้าในท้ายที่สุด 

http://spectrum.ieee.org

       ผู้เขียนต้องเพิ่มเติมด้วยว่า ในทางฟิสิกส์ เพลทเคลือบสารฟอสฟอรัสจะดักจับอนุภาคแสงหรือโฟตอนบางตัวที่มีบางความยาวคลื่นซึ่งในอีกความหมายหนึ่งก็คือความถี่ที่ไม่เป็นของแสงสีน้ำเงินไว้ และปล่อยให้อนุภาคโฟตอนที่มีความยาวคลื่นของแสงสีน้ำเงินผ่านไป ในเวลาเดียวกันนั้น เพลทหรือวัสดุที่สร้างเป็นแผ่นเวเฟอร์ฟอสฟอรัสก็จะกระตุ้นหรือปั๊มเอาอะตอมของฟอสฟอรัสซึ่งมีความยาวคลื่นของแสงสีเหลืองออกมาด้วย สายธารแห่งแสงสีน้ำเงินที่รวมกับการปลดปล่อยแสงสีเหลืองที่เหมาะสมกลมกล่อมจากแผ่นเวเฟอร์ฟอสฟอรัสนั่นเอง ทำให้เราได้แสงสีขาวอำไพในท้ายที่สุด -- เทคนิคนี้พื้นฐานมาก และหลอดแอลอีดีแสงสีขาวก็ใช้เทคนิคอันเรียบง่ายทว่าสง่างามนี้เช่นกัน...

http://spectrum.ieee.org

       ในความเห็นของนากามูระ เขายอมรับว่า แอลอีดีสามารถทำพลังงานของอุณหภูมิสีขึ้นไปแตะฝั่งนิพพาน (สำนวนของอุลริค) ได้ถึง 6000 กิโลเคลวินแบบสบายๆ และสำหรับบทบาทการให้ความสว่างของแสงสีขาวบนพื้นที่โล่งกว้างแล้ว แอลอีดีก็เจ๋งพอตัว แต่เขาและผู้เชี่ยวชาญคนอื่นๆ ต่างก็เห็นตรงกันว่า เลเซอร์นั้นดีกว่ามาก และประสิทธิภาพของการควบคุมลำแสงสำหรับจุดรับแสงที่ระยะไกลก็ดีกว่าเยอะ นั่นทำให้การใช้งานเลเซอร์ไดโอดสำหรับการส่องสว่างสำหรับยานยนต์เป็นที่น่าพิสมัยมากกว่าหลอดแอลอีดี

       Paul Rudy แห่งโซราก็เห็นด้วยกับบอสของเขาด้วยบอกว่า อนาคตสำหรับระบบออปติคัลที่ซับซ้อน การควบคุมทิศทางที่แน่นอนของแสงควรต้องทำได้ง่ายและมีประสิทธิภาพสูง และเลเซอร์ก็เป็นทางเลือกที่ดีที่สุด ความกระจ่างชัดก็คือ เทคโนโลยีในปัจจุบัน พื้นที่กระตุ้นและปลดปล่อยลำแสงสำหรับเลเซอร์กินพื้นที่เพียงสิบตารางนาโนเมตร น้อยกว่าแอลอีดีที่มีขนาด 1 ตารางมิลลิเมตรถึงหนึ่งหมื่นเท่าเลยทีเดียว

       หากพิจารณาความหมายของประสิทธิภาพด้านพลังงานซึ่งหมายถึง กำลังไฟฟ้าที่จ่ายเปรียบเทียบกับแสงที่เราได้แล้ว เลเซอร์ไดโอดชนะขาดแอลอีดี ประสบการณ์ในเส้นใยแก้วนำแสงเป็นตัวอย่างอันชัด หากคุณผู้อ่านใช้เลเซอร์ไดโอดความเข้มสูงส่งผ่านข้อมูลผ่านเส้นใยแก้ว ข้อมูลแสงจะสูญเสียเนื่องจากการสะท้อนในเส้นใยแก้วเพียง 10-20 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานตั้งต้นเท่านั้น ในขณะที่สำหรับแอลอีดีอาจจะมากถึง 90 เปอร์เซ็นต์เลยทีเดียว เมื่อเปรียบหลอดโนเบล เอ้ย หลอดแอลอีดีกับเลเซอร์ไดโอดตีกินกับคู่ไฟหน้าแบบฮาโลเจนแบบตีกินของผู้เชี่ยวชาญแล้ว ปัจจุบันหลอดฮาโลเจนสวาปามกำลังไฟ 120 วัตต์จากแบตเตอรี่ ในขณะที่คู่ไฟหน้าที่ใช้หลอดแอลอีดีจิบเพียง 40 วัตต์ และคู่ไฟหน้าเลเซอร์ของพระเอกเจมส์ บอนด์จิบไม่เกิน 30 วัตต์ของ Dry martini (HA HA) นี่ยังไม่นับว่า ไฟหน้าที่ใช้แสงเลเซอร์สวิตช์ไฟติดได้ภายในไม่กี่มิลลิวินาที ในขณะที่ปู่ฮาโลเจนจะต้องใช้เวลานานกว่า

       นอกกว่านี้ ลำแสงของคู่ไฟหน้าที่ใช้เลเซอร์ยังสาดลำไฟสูงไปได้ไกลสุดถึง 700 เมตร ส่วนน้องๆ แอลอีดีอยู่ที่ราวๆ 300 เมตร อ่อ หลอดไส้หรือหลอดฮาโลเจนน่ะรึ ลุงทำได้ราวๆ 100-150 เมตรเท่านั้นเอง (HA HA) ทั้งนี้ หากจะพูดถึงแต่เรื่องเทคโนโลยี โดยไม่นับเรื่องของกฎหมายขับขี่ในแต่ละที่ที่แตกต่างกันของโลกแล้ว หลอดลำแสงต่ำที่ใช้แอลอีดีจะให้แสง 50 แรงเทียนต่อตารางมิลลิเมตร ส่วนหลอดลำแสงแรงจากเลเซอร์น่ะรึ 580 แรงเทียนต่อตารางมิลลิเมตรคร้าบ! (ผู้เขียนคร้านจะแปลงหน่วยเป็นลักซ์หรือลูเมน คุณผู้อ่านโปรดให้อภัย เอาเสียว่า ตัวเลขยิ่งเยอะก็ยิ่งดีก็พอนะขอรับ อิอิ)

       จาก 10 ปีแห่งความหลังของนากามูระ เขาเป็นผู้หนึ่งที่เคยพัฒนาเลเซอร์แสงสีน้ำเงินจนแพร่หลายในท้องตลาดมาตั้งแต่ปี 2005 ในปีนั้นคุณผู้อ่านจะเห็นเครื่องเล่น Blu-ray ที่ใช้กับแผ่นภาพและเสียงความจุและความคมชัดสูง แต่นั่นก็สำหรับงานกำลังไฟต่ำ (เพื่อตอบสนองความต้องการความละเอียดของสัญญาณจากแบนด์วิดท์กว้าง) ส่วนงานกำลังสูงของเลเซอร์แสงสีน้ำเงินในห้วงนั้น ก็เป็นงานประเภทโรงกลึงที่ไม่ได้ช่วยโลกให้เขียวขึ้นตามเทรนด์แต่อย่างใด (HA HA) 

http://www.osram-os.com/

       จนเมื่อวิศวกรรีดนาทาเร้นกำลังเอาต์พุตเป็นกอบเป็นกำจากชิปที่สร้างจากสารกึ่งตัวนำอินเดียมแกลเลียมไนไตรด์ (InGaN) สำหรับความถี่สูงได้สำเร็จนั่นเอง เลเซอร์แสงสีน้ำเงินกำลังหนึ่งวัตต์ก็ปรากฏตัวขึ้นเพื่อสร้างแสงสีขาวซึ่งนำโลกพ้นยุคมืดเข้าสู่ยุคเขียว (อะไรจะปานนั้น HA HA)

       ตัวอย่างอันชัดสำหรับการก้าวกระโดดทางเทคโนโลยีเลเซอร์ก็คือ บริษัท Casio ได้พัฒนาจอแสดงผลเชิงเลขซึ่งสมาทานชิปเลเซอร์ไดโอดแสงสีน้ำเงินสร้างแสงสีขาวในเครื่องหมายการค้า lamp-free® ซึ่งต่อมาเป็นต้นแบบของครุภัณฑ์เครื่องฉายที่ใช้ในที่ทำงาน สถานศึกษา และโฮมเธียเตอร์ และอานิสงส์แห่ง “ชิปแสง” ก็ทำให้อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกส์ กว้างไกลไพศาลมากขึ้น

http://www.picoprojector-info.com/

       คุณรูดี้และคุณนากามูระประสานเสียงบอกกับอุลริคของพวกเราประหนึ่งโองการว่า นอกกว่ารถ เครื่องฉาย และจอแสดงผลแล้ว ไวรัสเลเซอร์ไดโอดบนชิปจิ๋วจะแพร่หลายไปยังเครื่องฉายและจอแสดงผลแบบพิโค (Pico) ซึ่งหมายถึงระบบมัลติมีเดียที่ใช้ร่วมกับสมาร์ทโฟนในทุกหนแห่ง, ระบบแสดงผลสวมศีรษะ (Head-mounted system) และกูเกิลกลาส (Google Glass) แน่นอน เลเซอร์จะครองทั้งสามภพ จิ้งจกที่โซราบอกกับพวกเราชาวโลกมาอย่างนั้น (HA HA) 

       แน่นอน เมื่อเลเซอร์ชิปขนาดจิ๋วปรากฏเป็นจริงขึ้นในโลกของยนตกรรม ศาสตร์ของการควบคุมระบบส่องสว่างโดยอัตโนมัติหรือ Auto lighting ก็โลดแล่นออกมาจากจินตนากาม เอ้ย การ (HA HA) เพราะนั่นหมายถึงการ “คุย” กับแสงผ่านเส้นใยแก้วในยานยนต์ไม่ได้เป็นเรื่องยากอีกต่อไป ผู้เขียนเคยชมคลิปวีดิทัศน์ของ BMW ซึ่งจำลองระบบออโตไลติ้งของรถ i8 ก็ให้ทึ่งในจินตนาการของระบบไฟที่ไม่เพียงใช้งานสำหรับการส่องให้เห็นทางแต่เท่านั้น แต่ประหนึ่งว่าแสงที่ตกกระทบกับวัตถุเบื้องหน้ายังคิดอะไรได้เองอีกด้วย

       ในคลิป ผู้เขียนเห็นไฟคู่หน้าของรถยนต์หรี่แสงเองเมื่อมีรถสวนมาในอีกกราบทางของถนนหรือแม้กระทั่งปรับระดับองศาของลำแสงเองไม่ว่ารถที่สวนมาจะวิ่งในทิศทางอย่างไร คุณผู้อ่านที่ได้ชมคลิปอาจจะทึ่งเหมือนผู้เขียน เมื่อพบว่าไฟหน้ารถที่ใช้เลเซอร์และให้แสงสีขาวของ BMW จะสามารถตัดสินใจสาดแสงเป็นรูปร่างต่างๆ ได้หลากหลายตามแต่วัตถุเบื้องหน้าของรถจะปรากฏ นอกจากนี้ ระบบ Dynamic Light Spot ของ BMW ซึ่งติดคู่กับไฟหน้าแยกต่างหาก ยังสามารถถ่ายรูปวิเคราะห์ภาพถ่ายความร้อน มันตรวจจับวัตถุหรือสิ่งมีชีวิตและให้ข้อมูลกับผู้ขับได้ว่า อะไรที่อยู่เบื้องหน้าของมัน!

       นี่แหละครับ อนาคตของโลกโฟโตนิกส์ที่อาศัยรถยนต์ราคาแพงระยับเป็นห้องทดลอง...

       ผู้เขียนเองไม่มี BMW ขับและไม่มีแม้กระทั่งรถยนต์นั่งส่วนตัวไม่ว่าจะยี่ห้อไหน -- หากบทความว่าด้วยเลเซอร์แสงสีน้ำเงินซึ่งถูกใช้ในเทคโนโลยียนตกรรมที่ผู้เขียนเรียบเรียงจากวารสารของสมาคม IEEE โดยคุณอุลริค ก็เป็นอาณาขอบเขตที่ผู้เขียนขยับขยายจากข่าวรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2014 นี้เท่านั้นเอง -- คุณผู้อ่านจะเห็นได้ว่า เมื่อเรา “เพิ่งรู้จัก” แอลอีดีแสงสีน้ำเงินอันเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ทำให้นากามูระ “เพิ่งได้รับ” รางวัลโนเบลร่วมกับเพื่อนร่วมเชื้อชาติอีกสองท่านนั้น -- ในทางเทคโนโลยี มันเป็นเรื่องเก่าของช่วงทศวรรษ 1900 ที่นากามูระก้าวข้ามมาไกลโขแล้ว -- วันนี้ (ผู้เขียนหมายถึงปี 2014 ) เขาพูดถึงแต่ชิปเลเซอร์แสงสีน้ำเงินและการขึ้นครองโลกของมัน!

       คุณผู้อ่านจะเห็นได้ว่า “แสงสีน้ำเงิน” ไม่ได้ครอบงำระบบส่องสว่างของโลกอนาคตเท่านั้น หากเราเชื่อหนึ่งในเจ้าของรางวัลโนเบลหมาดๆ เราจะต้องตระหนักไว้ด้วยว่า แสงสีน้ำเงินผ่านชิปเลเซอร์ไดโอดครอบงำความเป็นไปของโลกอนาคต...

       มาถึงตอนนี้ ผู้เขียนหวนประหวัดไปยังอดีตของโลกวิทยาศาสตร์ก่อนจะเข้าปี 1900 (ในโลกแห่งดุริยางคศิลป์ มันคือช่วงปลายของยุคโรแมนติค) ห้วงนั้น สันนิบาตกรรมของการค้นพบได้บรรจบกันโดยไม่ได้นัดหมาย นับตั้งแต่แมกซ์เวลล์ค้นพบทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า วีนและพลังค์อธิบายการแผ่รังสีของวัตถุดำ และ เจเจทอมสันค้นพบอิเล็กตรอน -- โลกก็เข้าสู่ยุคของกลศาสตร์เชิงควอนตัมอย่างไม่น่าเชื่อด้วยทฤษฎีไฟฟ้าพลังแสงของไอน์สไตน์ แบบจำลองอะตอมของโบร์ การค้นพบกัมมันตรังสีในธรรมชาติของมาดามคูรี อนุภาคแอลฟาของรัทเทอร์ฟอร์ด เวฟฟังก์ชันของชเรอดิงเงอร์ และความไม่แน่นอนของไฮเซนแบร์ก ฯลฯ ฯลฯ 

       และผู้เขียนก็นึกถึงวัสดุกราฟีน (Graphene) ที่ส่งผลให้ Andre Geim และ Konstantin Novoselov แห่งทีมแมนเชสเตอร์ยูไนเต็ด เอ้ย แห่งมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2010 ขึ้นมา…

       เมื่อเราตระหนักถึงการอนุรักษ์พลังงานสำหรับอนาคตในห้วงคริสต์ศตวรรษที่ 2000  โลกก็มีวัสดุกราฟีนและแสงสีน้ำเงิน -- ในขณะที่กราฟีนโปร่งใส แข็งแกร่งแต่โค้งงอบิดได้หลายรูปทรง และคุยกับสัญญาณไฟฟ้าหรืออนุภาคแสงได้หลายบทบาท -- แอลอีดีที่ให้แสงสีน้ำเงินซึ่งต่อมาพัฒนาเป็นเลเซอร์ไดโอดแสงสีน้ำเงิน ก็ให้แสงสีขาวที่ครอบงำสเปกตรัมของเทคโนโลยีที่ใช้แสงได้ทุกรูปแบบ -- ทั้งคู่เกื้อหนุนโลกอนาคตผ่านคำว่าประสิทธิภาพด้านพลังงานและสุนทรียศิลป์แห่งการใช้ชีวิต...

       คุณผู้อ่านที่เมตตาอ่านมาจนกระทั่งถึงบรรทัดนี้นั่นเอง ที่อาจจะจินตนาการบทบาทของแสงสีน้ำเงินที่สังสรรค์กับวัสดุกราฟีนในโลกอนาคตไปได้ไกลโพ้นกว่าผู้เขียน -- อนาคตที่มืดมิดที่โปรยด้วยสายรุ้งอันหมายถึงสเปกตรัมของแสงสีขาวที่ปะทะกับวัสดุกราฟีน...

       ผู้เขียนขอจบบทความฉบับปฐมฤกษ์ของ Secret HEAT ห้วนๆ เพ้อๆ ลงแต่เพียงเท่านี้ สวัสดีจ้า! (HA HA)

http://www.photonics.com/

<< ย้อนกลับ