ดร. ศรันย์ สัมฤทธิ์เดชขจร sarun.sumriddetchkajorn@nectec.or.th

ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ

ลองสำรวจสิ่งของเครื่องใช้ในบ้านของคุณตอนนี้ดูว่า คุณยังใช้เครื่องเล่นวิดีโอเทปชนิดแถบแม่เหล็กอยู่หรือเปล่า หรือยังคงมีเทปคาสเซ็ทสำหรับเล่นเพลงอยู่หรือไม่ กล้องถ่ายรูปที่ใช้อยู่ยังใช้กล้องชนิดฟิล์ม หรือกล้องดิจิทัล

แค่ถ้าคุณเปลี่ยนมาใช้วีซีดี หรือดีวีดี และเครื่องเล่นซีดี (ผู้ผลิตหลายรายผสมเครื่องเล่นเหล่านี้ไว้ในตัวเดียวกัน) หรือคุณเพิ่งถอยกล้องดิจิทัลที่ใช้ชิพรับภาพแบบ CCD หรือแม้แต่ CMOS ก็ตาม ขอให้รู้ว่า สิ่งประดิษฐ์เหล่านี้เป็นเพียงเศษเสี้ยวของการนำเอา "คุณสมบัติมหัศจรรย์ของแสง" มาใช้ประโยชน์เท่านั้น ยังมีอุปกรณ์อีกมากมายที่อาจนึกไม่ถึงว่า "แสง" ทำอะไรได้มากกว่านั้น

นับตั้งแต่เราลืมตา และลุกจากที่นอนเพื่อเริ่มชีวิตประจำวัน สิ่งแรกที่ทุกๆ วันที่เราตื่นขึ้นมาเราเคยสังเกตบ้างไหมว่าสิ่งต่างๆ ที่เราใช้นั้นทำงานอย่างไร หรือสิ่งต่างๆ ที่เราเห็น เราจะอธิบายได้อย่างไร เราสามารถออกแบบ หรือ สร้างขึ้นเองได้หรือไม่ ยกตัวอย่างเช่น ทำไมเราเห็นท้องฟ้าในเวลาที่ดวงอาทิตย์ขึ้นและตกมีสีส้ม หรือสีแดง แต่ทำไมท้องฟ้าตอนกลางวันถึงมีสีฟ้า ภาพสามมิติบนบัตรเครดิต (ฮอโลแกรม) มีหลักการอย่างไร ทำไมโคมไฟที่ใช้ในการสะท้อนแสงหรือกระจายแสงถึงมีรูปร่างต่างกันออกไป ทำไมแสงแดดทำให้ผ้าแห้งและสามารถฆ่าแบคทีเรียบางชนิดได้ แว่นตาสำหรับคนสายตาสั้น สายตายาว และสายตาเอียงต่างกันอย่างไร ทำไมถึงต้องมีการเคลือบฟิล์มบางๆ ไว้บนเลนส์แว่นตา ทำไมกระจกไฟหน้า และหลังรถถึงมีลวดลายแปลกๆ การสื่อสารในปัจจุบันทำไมต้องผ่านเส้นใยนำแสง จอแสดงผลแบบแบนที่ใช้กับคอมพิวเตอร์แบบพกพา ทำงานอย่างไร และเครื่องบันทึกลายพิมพ์นิ้วมือตอนที่เราไปทำบัตรประชาชน หรือหนังสือเดินทาง ได้ภาพลายพิมพ์นิ้วมือของเราไปได้อย่างไร  สิ่งต่างๆ ใกล้ตัวเหล่านี้จะมีสักกี่คนที่รู้ว่าเราต้องใช้ความรู้ทาง "โฟโทนิกส์" มาช่วยอธิบาย

หลายๆ ท่านคงอาจจะเคยได้ยินคำว่า ?โฟโทนิกส์? กันบ้างแล้ว และผมก็เชื่อว่าคำนี้คงเป็นคำใหม่สำหรับผู้อ่านหลายๆ ท่านเช่นกัน แล้วประโยชน์ของศาสตร์นี้นอกเหนือจากตัวอย่างที่กล่าวมาข้างต้นล่ะมีอะไรบ้าง เพื่อที่จะให้เข้าใจได้ง่ายขึ้นคงต้องเปรียบเทียบศาสตร์ทางโฟโทนิกส์กับศาสตร์ทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งคนส่วนใหญ่ในประเทศรู้อยู่แล้ว ถ้าเรามองไปที่ความรู้พื้นฐาน ชิ้นส่วนต่างๆ และการประยุกต์ใช้งาน จะเห็นว่าอิเล็กทรอนิกส์นั้นจะเกี่ยวข้องกับการนำอิเล็กตรอนมาใช้งาน ซึ่งผู้ที่ทำงานอยู่ในสาขานี้จำเป็นที่จะต้องมีความรู้พื้นฐานที่เกี่ยวกับทฤษฎีวงจรไฟฟ้า-อิเล็กทรอนิกส์ ทฤษฎีระบบควบคุม วงจรดิจิตอล ทฤษฎีสายส่ง ทฤษฎีคลื่นไมโครเวฟ การแปลงระดับแรงดันไฟฟ้า และการผลิตกระแสไฟฟ้า เป็นต้น นอกจากนี้ ยังต้องมีความเข้าใจถึงหลักการทำงาน และคุณสมบัติของชิ้นส่วนต่างๆ ที่มีใช้กันอยู่ในทางอิเล็กทรอนิกส์ ยกตัวอย่างเช่น ตัวต้านทานไฟฟ้า ตัวเก็บประจุไฟฟ้า ขดลวดเหนี่ยวนำไฟฟ้า ทรานส์ซิสเตอร์ ไอซีลอจิกประเภทต่างๆ และไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งเมื่อเรานำความรู้พื้นฐานต่างๆ และความเข้าใจในการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้มาผสมผสานเข้าด้วยกัน เราก็สามารถสร้างเครื่องมือ เครื่องใช้ไฟฟ้า หรือระบบต่างๆ ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการได้

ในทำนองเดียวกัน ?โฟโทนิกส์? จะเกี่ยวข้องกับการสร้าง และให้กำเนิดพลังงานในรูปของแสง หรือโฟทอน (Photon) รวมถึงการตรวจจับ และการนำแสงไปประยุกต์ใช้งาน ความรู้พื้นฐานที่ใช้จึงเกี่ยวข้องกับทฤษฎีแสงต่างๆ เช่น การสะท้อนของแสง การหักเหของแสง การเลี้ยวเบนของแสง การแทรกสอดกันของแสง และโพลาไรเซชันของแสง เป็นต้น อุปกรณ์ที่ใช้ทางโฟโทนิกส์ได้แก่ กระจก เลนส์ ปริซึม เส้นใยนำแสง แผ่นกรองแสง จอแสดงผลแบบผลึกเหลวที่กำลังเป็นที่นิยมอยู่ในขณะนี้ เกรตติ้งสำหรับแบ่งแสง หรือแยกสีของแสงออกจากกัน โคมไฟสะท้อนแสง เลเซอร์ หลอดไฟแสงสว่างชนิดต่างๆ อุปกรณ์ควบคุมแสงด้วยเสียง และตัวรับภาพในกล้องดิจิทัล เป็นต้น ดังนั้น เมื่อเรานำความรู้พื้นฐานดังกล่าวข้างต้นมาผสมผสานเข้ากับชิ้นส่วนต่างๆ ซึ่งเราเข้าใจถึงหลักการ และคุณสมบัติของมัน ก็จะทำให้เราสามารถสร้างเครื่องมือเครื่องใช้ หรือระบบที่ใช้เทคโนโลยีโฟโทนิกส์ได้ ความรู้อื่นๆ ที่ต้องมีประกอบกันก็คือ ความรู้ทางอิเล็กทรอนิกส์ และการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ เพื่อใช้ควบคุมอุปกรณ์เหล่านี้ให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง และมีประสิทธิภาพ

เราคงเคยได้ยินว่า "แสงเดินทางได้เร็วที่สุด" ดังนั้น การส่งข้อมูลด้วยแสงจะช่วยให้การรับส่งข้อมูลเร็วปานสายฟ้าแลบ แต่นั่นยังเป็นความเข้าใจผิดกัน เพราะว่าความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น คลื่นโทรศัพท์มือถือ ก็มีความเร็วเท่ากับความเร็วแสงเช่นกัน แต่สิ่งสำคัญที่เราสามารถใช้ประกอบในการคิดว่าควรใช้เทคโนโลยีโฟโทนิกส์หรือไม่ก็คือ ลำแสงหลายลำสามารถเคลื่อนที่ตัดกันเองได้โดยข้อมูลที่อยู่ภายในแสงไม่สูญหายไปไหน ซึ่งในทางวงจรอิเล็กทรอนิกส์แล้วไม่มีทางที่เราจะให้สายไฟฟ้าสองเส้น หรือเส้นลายวงจรสองเส้นมาตัดกัน โดยข้อมูลหรือกระแสไฟฟ้าไม่เปลี่ยนแปลง ข้อเด่นอีกประการหนึ่งของการใช้แสงก็คือ พื้นที่หน้าตัดของลำแสงสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ เช่น บริเวณกลางลำแสง และบริเวณขอบของลำแสงสามารถบรรจุรหัสหรือข้อมูลที่แตกต่างกันได้ ก่อให้เกิดการประมวลผล หรือ นำข้อมูลแบบขนานความเร็วสูง ซึ่งในทางอิเล็กทรอนิกส์เราไม่สามารถส่งกระแสไฟฟ้าในปริมาณที่ต่างกันบนพื้นที่หน้าตัดของสายไฟฟ้าเส้นเดียวได้ และข้อสำคัญประการสุดท้ายก็คือ เราสามารถนำแสงมาใช้จับอนุภาค หรือเซลขนาดเล็ก รวมทั้งใช้ในการตรวจสอบ และวิเคราะห์ตัวอย่างทางชีวภาพ และชิ้นงานทางวิศวกรรม โดยไม่ต้องไปสัมผัสโดยตรง ซึ่งจะช่วยลดความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับชิ้นงานนั้นได้

ที่มา : กรุงเทพธุรกิจ ฉบับวันที่ 9 กันยายน 2547