ก้าวล้ำยุคกับเทคโนโลยีแสงแห่งสหัสวรรษ

ศรัณย์ สัมฤทธิ์เดชขจร 1
ศรัณย์ สัมฤทธิ์เดชขจร
ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ
สานักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
กระทรวงวิทยาศาสตร์ และ เทคโนโลยี
โทร. 0-2564-6900 ต่อ 2102
E-mail: sarun.sumriddetchkajorn@nectec.or.th
sarunphotonics@gmail.com
ก้าวล้ายุคกับเทคโนโลยีแสงแห่งสหัสวรรษ
นักวิจัยอาวุโส

จากสิ่งรอบตัว…
สู่การเรียนการสอนในชั้นเรียน
ต.ย.ในมุมมองจากประสบการณ์การทางานวิจัย

ตามความรู้ให้ทันรู้ทฤษฎี
นึกถึงภาพ
ตัวอย่าง
ทดลองทาจริง
จาได้แม่นกว่า
อ่านจากตัวอักษร
จาได้แม่นที่สุด
X สนุกไม่พอ

รัก/พอใจในงาน ฉันทะ
วิริยะ
จิตตะ
วิมังสา
พากเพียรในงาน
เอาใจใส่ในงาน
ตรวจสอบใน
เหตุ/ผล

สุตะ (สุ)
จิตะ (จิ)
ปุจฉา (ปุ)
ลิขิต (ลิ)
ฟัง
สิ่งที่เราอยากได ้ยิน ได ้ฟัง
คิด
คิดอย่างมีเหตุ-มีผล
ถาม
ถามเพื่อขยายความรู้
เขียน
เขียนสิ่งที่ตัวเองค ้นพบ

การจดบันทึก (Log Book, Lab Notebook,...)
L. Berlin and H. C. Casey Jr., “Robert Noyce and the tunnel diode,” IEEE Spectrum, pp. 41-45, May 2005.

Noyce’s Lab Notebook เป็นสิ่งที่พิสูจน์ว่าเขาเป็นคนคิดในเรื่องของ Tunnel diode ใน
ปี ค.ศ. 1956 ซึ่งเป็นเวลาที่ใกล ้เคียงกับที่ Leo Esaki เริ่มที่จะทาอุปกรณ์ดังกล่าวขึ้น
และ ทาให ้ Leo Esaki ได ้รับรางวัล Nobel Prize ในปี ค.ศ. 1973

เรียนทฤษฎีอย่างเดียวไม่พอ
...ต้องนามาเชื่อมโยงกับสิ่งรอบข้างให้ได้
ใช้เทคโนโลยีอย่างเดียวไม่พอ
...ต้องเข้าใจว่ามีพื้นฐานการทางานอย่างไร
...ประยุกต์ต่อยอดได้หรือไม่

การต่อยอด
• บทความวิชาการ
• สิทธิบัตร
• ต ้นแบบ/ผลิตภัณฑ์
วิศวกรรมศาสตร์วิทยาศาสตร์
Innovation
Invention

จานวนสิทธิบัตรที่ยื่นขอจดในประเทศไทย
2545-2549: 5 ปี
กรมทรัพย์สินทางปัญญาได้รับจดรวม 4498 ฉบับ
โดยคนไทย
332 ฉบับ
(7.38%)
โดยคนต่างชาติ
4168 ฉบับ
(92.62%)
คิดเป็ น 66.4 ฉบับ/ปี

การทาวิจัย ??
การค ้นหา “ความรู้ใหม่” หรือ การค ้นหา “แนวทางที่จะนาความรู้ไปใช้
ประโยชน์” เปรียบเสมือนกับการต่อยอดฐานความรู้ที่ได ้สั่งสมมา
• คาอธิบายโดยนักวิจัยของไทย
- Longman Dictionary of Contemporary English, 3rd Ed., 1995.
- ยอดหทัย เทพธรานนท์ และ ประมวล ตั้งบริบูรณ์รัตน์, การเขียนบทความวิจัยระดับนานาชาติด ้านวิทยาศาสตร์และ
เทคโนโลยี, สวทช., 2548.
• ดิชชันนารีของคาว่า Research
- Serious study of a subject intended to discover new
facts or test new ideas
- Activity of finding information about something that
you are interested in or need to know about

Quantum: Planck
(Not Continuous)
Ref: A. Lightman, The Discoveries, Vintage Books, New York, USA, 2005.
Uncertainty Principle:
Heisenberg
Particle of light (Photon):
Einstein
Modern Atomic
Structure:
Bohr
Nucleus of Atom:
Rutherford
Balmer’s Formula
of Number of Patterns:
Balmer
Chemical Bond:
Pauling
Periodic Table:
Mendeleyev

ตัวอย่างนวัตกรรมร่วมสมัย
• ทรานซิสเตอร์ (Transistor)
หลอดสุญญากาศ
ทรานซิสเตอร์ตัวแรกของโลก
ทรานซิสเตอร์ในปัจจุบัน
- คอมพิวเตอร์ตัวแรกของโลก: ชื่อ ENIAC สร้าง ค.ศ. 1946
มีหลอดสุญญากาศ 18000 หลอด
- ทรานซิสเตอร์ตัวแรก: ทาขึ้นจากลวดเสียบกระดาษ
- ชิป Intel Pentium VI (2006): มีทรานซิสเตอร์ ~ 55 ล ้านตัว
- ปัจจุบันเข ้าสู่ชิปที่มีส่วนประมวลผลมากขึ้น (DuoCore, Core i)
ทรานซิสเตอร์ในวงจรรวม

• เครื่องพิมพ์ดีด
รุ่นโบราณ
(ใหญ่, ปุ่ มแข็ง, เสียงดัง)
เครื่องพิมพ์ดีดไฟฟ้า
(ปุ่ มนิ่มขึ้น และ เสียงเบา)
คีย์บอร์ดคอมพิวเตอร์
(ปุ่ มนิ่มขึ้น, เสียงเบา, เบา)
คีย์บอร์ดสัมผัส
(ไม่มีเสียง, เบา)

• การสื่อสาร
โทรเลข
(ช ้า และ ส่งข ้อความได ้จากัด)
โทรศัพท์มือถือ
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (วิทยุ)
World Wide Web
- ส่งข ้อมูลได ้มากขึ้น
- ส่งข ้อมูลได ้หลายรูปแบบมากขึ้น
- ส่งข ้อมูลได ้รวดเร็วมากขึ้น
- Wi-Fi
- Wi-Max
- Bluetooth

• ลาโพง
รุ่นใหญ่
(เสียงดัง สะใจ แต่ หนัก)
รุ่นเล็กมาก
(เสียงดังเพราะอยู่ใกล ้หู และ เบา)
รุ่นเล็กมาก (Bluetooth)
(เสียงดังเพราะอยู่ใกล ้หู เบา และ ไม่มีสาย)

วิชาแสง
Optics (ออปติกส์)

Optics (ออปติกส์)
เกี่ยวกับร้านขายแว่นตา
?
ยังเข้าใจไม่หมด

Photonics (โฟโทนิกส์)
เกี่ยวกับร้านอัดรูป/ถ่ายรูป
?
อนุภาคของแสง

โฟโทนิกส์ คือ อะไร
(Photonics)
เทคโนโลยี ที่เกี่ยวกับการสร ้างและใช ้แสง หรือ พลังงานที่อยู่ในรูป
ของโฟทอน
Ref: Photonics Dictionary, Laurin Publishing Co., 2000. (http://www.photonics.com)
วิทยาศาสตร์ ที่เกี่ยวข ้องกับพื้นฐานทางแสง เช่น การสะท ้อนของแสง
การหักเหของแสง การเลี้ยวเบนของแสง การแทรกสอดของแสง การส่ง
แสงจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง อุปกรณ์ทางแสง แหล่งกาเนิดแสง
(หลอดไฟ และ เลเซอร์) ตัวรับแสง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และ
ซอฟท์แวร์
การประยุกต์ใช้งาน สามารถทาได ้หลายด ้านไม่ว่าจะเป็นด ้านการสื่อสาร
การประมวลผลข ้อมูล การตรวจวัดแบบไม่สัมผัสและไม่ทาลาย การเกษตร
และ สิ่งแวดล ้อม
การนาแสงไปใช้งาน

ยุคเริ่มต้น

แสงเป็ นอนุภาค

แสงเป็ นคลื่น

คุณลักษณะของแสงเบื้องต้น
คลื่น
แม่เหล็กไฟฟ้า
การสั่นของ
สนามไฟฟ้า
การสั่นของ
สนามแม่เหล็ก
- การสะท ้อนของแสง
- การหักเหของแสง
- โพลาไรเซชันของแสง
- การแทรกสอดของแสง
- การเลี้ยวเบนของแสง
- การกระเจิงของแสง
- การดูดซับแสง
- คุณสมบัติเชิงควอนตัม
อนุภาค
(Photons)
- พลังงานของโฟทอน = hv
- จานวนโฟทอน = E/(hv)
- โมเมนตัมของโฟทอน P = h/l
- การสะท ้อนของแสง
- การหักเหของแสง
- โพลาไรเซชันของแสง
- การแทรกสอดของแสง
- การเลี้ยวเบนของแสง
- การกระเจิงของแสง
- การดูดซับแสง
- แรงจากแสง DP/Dt
- คุณสมบัติเชิงควอนตัม

Quantum Optics
มองในระดับอะตอมที่ดูดซับแสง หรือ
ปลดปล่อยโฟทอนออกมา และ สามารถ
ใช ้อธิบายผลของแสงในระดับไมโคร/นา-
โนเมตรได ้ดี
Electromagnetic Optics
มองแสงในรูปของคลื่น และ ใช ้การ
วิเคราะห์เชิงเวกเตอร์ ทฤษฎีด ้านนี้
สามารถอธิบายปรากฏการณ์ได ้หลาย
อย่าง เช่น โพลาไรเซชันของแสง การ
เลี้ยวเบนของแสง และ คุณสมบัติของวัสดุ
เชิงแสง เป็นต ้น
Wave Optics
มองแสงในรูปของคลื่น และ เพื่อให ้ง่ายต่อ
การพิจารณา ทฤษฎีที่ใช ้จะอยู่บนหลักการ
ของปริมาณสเกลาร์
Ray Optics
ทฤษฎีที่ง่ายที่สุด โดยพิจารณาแสง
เป็นเส ้นแสง 1 เส ้น หรือ ชุด และ ใช ้
หลักการสะท ้อนของแสง หลักการหัก
เหของแสง และ เรขาคณิต เข ้ามาช่วย
ในการวิเคราะห์
ทฤษฎีหลักของแสง

http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Image:EM_Spectrum3-new.jpg

CT Scan เครื่องแรกของโลกที่ใช้จริง
ภาพ X-ray ของร่างกายมนุษย์ภาพแรก

การใช้รังสี UV กับทางการแพทย์

Ref: Scientific American, p. 85, Mar. 08
• นวัตกรรมหลอดไฟฟ้ าในบ้าน

Ref: Science American, V. 306, p. 80, Jan12.

สมุดจดบันทึกของ Townes เกี่ยวกับ Laser
สมุดบันทึกของ Maiman
ระหว่างทดลองเรื่องเลเซอร์
เลเซอร์

www.russia-ic.com
การใช้แสงในอุตสาหกรรมและพลังงาน
lasers.llnl.gov
แสงเลเซอร์ UV 192 ลา ด ้วยพลังงาน 2 MJ
National Ignition Facility  Laser Fusion Process

ลำแสงเลเซอร์พัลส์ (50ps) 192 ลำ พลังงำนรวม 1.8
MJ (500 TW) ควำมยำวคลื่นแสงเริ่มต้นที่ 1050
nm แล้วเปลี่ยนเป็น UV ที่ 351 nm ก่อนกระตุ้นให้
รังสี X เกิดขึ้นใน hohlraum
เส้นทางเดินของแสงหนึ่งลาแสง

หัวเทียนเลเซอร์ (Laser Spark Plug)

แสงกับการมองเห็น
เราถึงเห็นเฉพาะแสงแม่สีแสง และ สีที่เกิดจากการผสมกันของแม่สีแสง
RGC: Retinal Ganglion Cell
Ref: Scientific American, 38-43, May 2011.

ThermScreen 2.0
http://www.webexhibits.org/causesofcolor

ท ้องฟ้ามีสีฟ้าในตอนกลางวัน ท ้องฟ้ามีสีแดง/ส ้มตอนรุ่งเช ้า/พลบค่า
เครื่องวัดขนาด และ
ปริมาณ ของอนุภาค
ขนาดเล็ก
การกระเจิงของแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสง
www.butler.edu/herbarium/treeid/treeparts.html
• ตรวจสุขภาพของต้นไม้
• ตรวจสุขภาพของดิน

การหักเหของแสง

การสะท้อนกลับหมดของแสง

เลนส์หักเหแสงไปเป็นจุดแสง
ในเครื่องอ่าน/เขียน CD
เครื่องวัดความหวาน/ความ
เค็ม/ปริมาณแอลกอฮอล์
เครื่องตรวจดู
คุณภาพของเพชร

สวิตช์สัมผัสเชิงแสง
เครื่องบันทึกลาย
พิมพ์นิ้วมือด ้วยแสง

อุปกรณ์ช่วยวัดระดับที่ใช้เส้นของแสง
เส้นแสง - เลเซอร์วัดระดับ

กล้องดิจิทัล

ระนาบของภาพ
แสงจากวัตถุ
เลนส์วัตถุ
เลนส์ตา
ระนาบของภาพ
แสงจากวัตถุ
เลนส์วัตถุ
เลนส์ตาเลนส์เสริม
พื้นฐานของฟิลด์เลนส์ (Field Lens)
เอาไปทาอะไรได ้บ ้าง ?

Ref: Scientific American, Dec. 2006.
เลื่อนเลนส์ เลื่อนตัวรับภาพ
แก้ปัญหาการสั่นไหวสาหรับกล้องดิจิทัล

nobelprize.org
http://www.fightingblindness.ie/Article.aspx?css=1&c=67&sid=3
http://www.technovelgy.com/ct/Science-Fiction-
News.asp?NewsNum=2555
สัญญาณไฟฟ้ าจากจอประสาทตา
จอประสาทตาเทียม/ดวงตาเทียมอิเล็กทรอนิกส์

การสะท้อนของแสง

คาไลยโดสโคป (Kaleidoscope)
กระจก
กระจก
กระจก
คิดค ้น และ จดสิทธิบัตรครั้งแรกโดย Sir David
Brewster เมื่อ พ.ศ. 2360 (สมัยรัชกาลที่ 2)
กล ้องสลับลาย

Optical Mouses

โปรเจคเตอร์
(ที่ใช้กระจกขนาดเล็ก)
Ref. Sci. Am. V. 297, No. 5, pp. 82-83, Nov. 07.

แสงกับความเป็ นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า
(คลื่นตามขวาง)
สนามไฟฟ้า
สนามแม่เหล็ก

แผ่นโพลาไรเซอร์
แผ่นโพลาไรเซอร์
โพลาไรเซชันกับความเค ้นในช ้อนพลาสติก
แว่นตากันแดดจากโพลาไรเซอร์
โพลาไรเซชันกับความเค ้นในแท่นใส่เทปใส

จอแสดงผล Liquid Crystal
Display (LCD)
ความรู้ทางเคมี
ความรู้ทางแสง
ความรู้ทางอิเล็กทรอนิกส์
และ ซอฟท์แวร์
+
+

โปรเจคเตอร์
(ที่ใช้ผลึกเหลว)
Ref. Sci. Am. V. 297, No. 5, pp. 82-83, Nov. 07.

แสง + การประมวลผลความเร็วสูง = มองทะลุร่างกาย
Ref: SPIE CD

การเลี้ยวเบนของแสง

การเลี้ยวเบนของแสงผ่านใบมีดโกน

ลาแสงสังเกตที่จุดโฟกัสของเลนส์นูน

การเลี้ยวเบนของแสงกับนาโน
เทคโนโลยีในชีวิตประจาวัน
Physics Today, pp. 18-20, Jan. 2004
Chem. Rev. 1999 99, 1935

เกรตติ้ง (Diffraction Grating)
เกรตติ้งที่สร้างขึ้นจากการแทรกสอดกันของ
แสงสองลา จะทาให ้แสงตกกระทบ 1 ลา ถูก
แยกออกมาเป็นหลายลา (Diffracted Order
Beams)
เกรตติ้ง
Grating normal
m = +1
m = 0
m = -1
qi qm
m = -2m = -3
แสงตกกระทบ
ส่งผลให้ฮอโลแกรมมีสีสรรหลากหลาย
qi = 75
m = 0
l = 650 nm
qm = 11 deg
l = 550 nm
qm = 18 deg
l = 450 nm
qm = 25 deg
m = -2
m = -1
Incident
Light
lqq ma im  )sin(sin lqq ma im  )sin(sin

Laminated on
thin plastic film
CD
Hot Stamping
Symbol on Al Foil
Packaging
PolymerSealed Tape
Banknote
Photo courtesy Wolfgang Wieser
3-D image of the Death Star
created by holography

เลนส์บางของเฟร์เนล (Fresnel Lens)

100-W-class solar-pumped laser system with 2m×2m Fresnel lens

การแทรกสอดกันของแสง

หน่วยเก็บข้อมูลแบบฮอโลแกรม
Drive
Media
Rough Spec.
Diam: 130 mm
Total Thickness: 3.5 mm (1.5 mm for recording mat.)
Capacity: 300 GB (Density: 350 Gb/in2)
Type: Write Once Read Many (WORM)
Archival Life: 50 Yrs

ตัวอย่างการใช้ประโยชน์จากแรงของแสง
เส ้นใยแก ้วนาแสง
อสุจิ
ฟองอากาศ
Biophotonics News, Biophotonics, April 2006.

ลาแสงตรวจวัดลาแสงกระตุ้น
ที่ปล่อยอะตอม
Femto-Chemistry = เลเซอร์ที่ปล่อยแสงในช่วงเวลา 10-15 วินาที + เคมี
http://quimica-ingenieriaenergia.wikispaces.com/

Atto-Chemistry = เลเซอร์ที่ปล่อยแสงในช่วงเวลา 10-18 วินาที + เคมี
www.optoiq.com

เข้าสู่สรุป...

หลักสูตร
การทดลอง
และปฏิบัติจริง
แผนการสอน
สิ่งรอบตัว
ข่าวสารใหม่ๆ

Ref: D. Cark, Lecture Part 1 at ICTP during Sci Dissemination, Oct. 2009.

จะให้จาได้นานต้องลงมือทา

ฉันทะ
วิริยะ
จิตตะ
วิมังสา
สุ
จิ
ปุ
ลิ
อย่างเป็นระบบและเคยชิน
+
พื้นฐานทางความรู้และความชานาญที่สาคัญ

มองดูรอบตัว และ เข้าใจถึงพื้นฐานการทางาน
นามาประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์
เท่าทันเทคโนโลยี

ก้าวล้ำยุคกับเทคโนโลยีแสงแห่งสหัสวรรษ

Recommended

Recommended

More Related Content

More from Sarun Sumriddetchkajorn

More from Sarun Sumriddetchkajorn (14)

ก้าวล้ำยุคกับเทคโนโลยีแสงแห่งสหัสวรรษ