เลเซอร์ นวัตกรรมแห่งแสงที่เหนือกาลเวลา
“เลเซอร์” เป็นหนึ่งในสัญลักษณ์ที่แสดงถึงความล้ำสมัยของเทคโนโลยี ซึ่งอยู่รอบตัวเราในทุกๆ ภาคส่วน ไม่ว่าจะด้านการแพทย์ การศึกษา ผนวกรวมไปถึงด้านความบันเทิงซึ่งแฝงอยู่ในรูปแบบหนังสือนวนิยายและภาพยนต์ Action Si-Fi ซึ่งคำว่า “เลเซอร์” (LASER) ย่อมาจาก Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation โดยอาศัยหลักการกระตุ้นอิเล็กตรอนให้เกิดการแผ่รังสี (Stimulated Emission) จนเกิดการขยายสัญญาณของแสงซ้ำไปมา (Light Amplification) กระทั่งเกิดเป็นลำแสงเลเซอร์ที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่เรียกว่า “โคฮีเร้นท์” (Coherent) คือ เป็นแสงสีเดียวมีความยาวคลื่นค่าเดียว มีเฟสเดียว มีความเข้มสูง และมีทิศทางที่แน่นอน
เลเซอร์ มีความพิเศษมากกว่าที่เราคาดคิด โดยมีต้นแบบมาจากทฤษฎีที่ค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่อย่าง อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ และผ่านการศึกษาพัฒนาอย่างต่อเนื่อง โดยผู้คิดค้นเลเซอร์ได้คนแรกเป็นนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันชื่อ ซี. เอช.ทาวน์ส (Charles Hard Townes) ซึ่งการคิดค้นนี้ทำให้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1964 ต่อมาในปี ค.ศ.1960 Theodore H. Maiman ได้พิสูจน์ทฤษฎีของ C.H. Townes และประดิษฐ์อุปกรณ์ Laser เครื่องแรกของโลกขึ้น โดยทำจาก Ruby ซึ่งถือเป็นการเปิดโลกแห่งวงการเลเซอร์ จากนั้นได้มีการพัฒนาต่อเนื่องจนเกิดเป็นนวัตกรรมแห่งแสงที่มีประโยชน์อย่างกว้างขวางในปัจจุบัน
Cr. Picture: https://entokey.com/retinal-laser-therapy-biophysical-basis-and-applications-2/
“ต้องมีคุณสมบัติประกอบกัน 4 ชนิด จึงจะสามารถนิยามให้เป็นเลเซอร์ได้”
- ตัวกลางในการผลิตแสง (Lasing medium) ซึ่งแบ่งย่อยได้อีก 4 ชนิดตามสถานะของตัวกลาง ได้แก่ ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ และสารกึ่งตัวนำ
- แหล่งกำเนิดพลังงานจากภายนอก (Puming System) ทำหน้าที่ในการกระตุ้นให้ตัวกลางเกิดการผลิตแสงเลเซอร์ออกมาก ซึ่งได้แก่ Flash lamp หรือ กระแสไฟฟ้าต่างๆ
- ออปติคัล คาร์วิตี (optical cavity) ประกอบไปด้วยกระจก 2 แผ่น วางหันหน้าเข้าหากัน บริเวณตรงกลางจะบรรจุ Lasing medium ไว้ ซึ่งเป็นบริเวณที่ทำให้เกิดลำแสงที่ถูกกระตุ้นซ้ำไปซ้ำมา จนได้แสงเลเซอร์ออกมาในที่สุด
- แขนส่งพลังงาน (Delivery System) เป็นส่วนที่ใช้สำหรับส่งพลังงานเลเซอร์ออกมาภายนอก
ประเภทของเลเซอร์
การจำแนกกลุ่มของเลเซอร์ สามารถแยกได้จากหลากหลายปัจจัย เช่น ตามตัวกลาง การประยุกต์ใช้ หรือตามระดับพลังงานที่ปล่อยออกมา ซึ่งสำหรับบทความนี้จะกล่าวถึงการจำแนกตามตัวกลางที่ใช้ในการผลิตเลเซอร์
หากแบ่งเลเซอร์ตามสถานะของตัวกลางที่เป็นแหล่งกำเนิด (Lasing medium) เราสามารถแบ่งได้ 4 ประเภท
- ของแข็ง (Solid State) : ได้แก่ ผลึกแร่หรือแท่งแก้ว จากอัญมณีบางชนิด เช่น Ruby (เลเซอร์ชนิดแรกของโลก), Alexandrite, ผลึก YAG (Yttrium-Aluminum-Garnet) และแท่งแก้ว (Glass) โดยตัวกลางเหล่านี้ทำหน้าที่เป็น Host Materials ซึ่งมักมีสารเจือชนิดอื่นที่ใช้เติมบนตัวกลางนี้ซึ่งทำให้เกิดแสงที่ต่างกันออกไป
Cr. YAG Picture: https://www.astarphotonics.com/product-detail/yag
Cr. Ruby Picture: http://www.lindasearcydesigns.com/faceted-gemstones/synthetic-laser-gem-alex17-ruby-red
- ของเหลว (Dye Laser) : ตัวกลางประเภทนี้ อาจใช้เป็นสีย้อม (Dye) ซึ่งเป็นสารเคมีอินทรีย์ที่มีความซับซ้อน ผสมน้ำ หรือแอลกฮอล์ โดยจุดเด่นของเลเซอร์ประเภทนี้ คือ เป็นเลเซอร์ที่ให้สีในช่วงที่ตามองเห็นได้ เช่น Rhodamine 6 G ให้แสงสีเหลืองไปถึงส้ม (570-610 nm), Rhodamine B ให้แสงช่วงสีแดง (605-635 nm) และ Dichloro fluore scein) ให้แสงเลเซอร์สีเขียว (530-560 nm)
- ก๊าซ (Gas) : เป็นเลเซอร์ที่ใช้ตัวกลางในสถานะก๊าซ เช่น CO2 Laser , He-Ne Laser และ Argon Laser เป็นต้น
- สารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) : มักพบเป็นเลเซอร์ชนิดไดโอด (Diode Laser) สร้างจากสารกึ่งตัวนําชนิดพิเศษที่ถูกนํามาใช้ในการควบคุมทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านทางรอยต่อระหว่างสารกึ่งตัวนํา สองชนิ ด คือ ชนิด p และ n โดยเรียกรอยต่อนี้ว่า p–n junction มักทำจากสารประกอบ เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) แกลเลียมอะลูมิเนียมอาร์เซไนด์ (GaAlAs) แกลเลียมอาร์เซไนด์ฟอสฟายด์ (GaAsP) โดยให้ค่าพลังงานที่ต่างกัน ซึ่งเป็นตัวกำหนดค่าความยาวคลื่นของเลเซอร์
อีกหนึ่งคำที่คนมักพูดถึงอย่างแพร่หลายในวงการความงาม คือ เลเซอร์ IPL ซึ่งความจริงแล้วเป็นความเข้าใจที่ผิด เนื่องจาก IPL เป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยี ซึ่งไม่ใช่เลเซอร์ โดย IPL ย่อมาจาก Intense Pulsed Light เป็นอุปกรณ์ที่ให้แสงความเข้มข้นสูงอีกประเภทหนึ่งโดยปล่อยแสงที่มีความยาวคลื่นเป็นช่วงกว้าง (400-1,200 nm) ออกมาพร้อมๆ กันซึ่งการทำงานของ IPL นั้นมีความแตกต่างจาก Laser รวมถึงความเข้มของแสงที่ออกมาก็มีความแตกต่างกัน
สำหรับบทความต่อไป จะกล่าวถึงความจำเพาะเจาะจง และการทำงานของเลเซอร์ ที่มีบทบาทต่อวงการแพทย์ผิวหนังด้านความงามค่ะ
Reference
- https://www.ulsinc.com/learn/history-of-lasers
- http://www.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/285/19/laser/k05.htm#:~:text=%E0%B9%80%E0%B8%A5%E0%B9%80%E0%B8%8B%E0%B8%AD%E0%B8%A3%E0%B9%8C(Laser)%20%E0%B9%80%E0%B8%9B%E0%B9%87%E0%B8%99%E0%B8%84%E0%B8%A5%E0%B8%B7%E0%B9%88%E0%B8%99%E0%B9%81%E0%B8%A1%E0%B9%88%E0%B9%80%E0%B8%AB%E0%B8%A5%E0%B9%87%E0%B8%81%E0%B9%84%E0%B8%9F%E0%B8%9F%E0%B9%89%E0%B8%B2%20%E0%B8%8B%E0%B8%B6%E0%B9%88%E0%B8%87,%E0%B9%82%E0%B8%9F%E0%B8%95%E0%B8%AD%E0%B8%99%E0%B8%94%E0%B8%B1%E0%B8%87%E0%B8%81%E0%B8%A5%E0%B9%88%E0%B8%B2%E0%B8%A7%E0%B8%88%E0%B8%B0
- https://www.photonics.com/Articles/A_History_of_the_Laser_1960_-_2019/a42279
- file:///C:/Users/panipak.p/Downloads/091002_1.pdf
- http://nstda.or.th/rural/public/100%20articles-stkc/76.pdf