ข่าวสาร

แสงกับรางวัลโนเบล ตอนที่ 22 | ค.ศ.1971 สำหรับการพัฒนาสิ่งประดิษฐ์ที่เกี่ยวข้องกับฮอโลแกรม

Facebook
Twitter
แสงกับรางวัลโนเบล
บทความ | ดร.ศรัณย์ สัมฤทธิ์เดชขจร
นักวิจัยอาวุโส ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค-สวทช.)

เป็นที่รู้กันอยู่แล้วว่าภาพถ่ายปกติบนฟิล์มที่ใช้ในอดีตและตัวรับภาพดิจิทัลที่ใช้ในปัจจุบันบันทึกข้อมูลที่เป็นความเข้มของแสงที่มาจากวัตถุเท่านั้น ทำให้เราเห็นเฉพาะความกว้างและความสูงของวัตถุในสองมิติเพียงอย่างเดียว

โดยสิ่งที่ขาดอยู่ คือ ความลึกของภาพ ซึ่งขึ้นอยู่กับระยะทางหรือเวลาที่แสงเคลื่อนที่จากตำแหน่งต่างๆ บนวัตถุมาถึงฟิล์มรับภาพ หรือ ตัวรับภาพดิจิทัล ข้อมูลที่สำคัญอย่างระยะทางหรือเวลานี่เองที่ไม่ได้ถูกบันทึกไว้เลย

การบันทึกฮอโลแกรมจากหลักการแทรกสอดกันของแสง
(ซ้าย) การบันทึกฮอโลแกรมจากหลักการแทรกสอดกันของแสง และ (ขวา) การสร้างภาพฮอโลแกรมกลับขึ้นมา (https://science.howstuffworks.com)

ข้อมูลที่เป็นระยะทางหรือเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางนี้สามารถอธิบายได้ด้วยสิ่งที่เรียกว่า “เฟส” และปัญหานี้เองที่ได้กระตุ้นให้ Dennis Gabor ค้นพบคำตอบ ซึ่งคำตอบนั้นก็คือ การแทรกสอดกันของแสงที่มาจากวัตถุกับแสงอ้างอิง

ผลที่ได้จะเป็นลวดลายการแทรกสอดกันของแสงทั้งสองที่มีข้อมูลความกว้างและความสูงของวัตถุ รวมไปถึงระยะทางหรือเวลาที่แสงใช้ในการเคลื่อนที่จากตำแหน่งต่างๆ บนวัตถุมาถึงฟิล์มรับภาพ หรือ ตัวรับภาพดิจิทัลในปัจจุบัน

เพื่อที่จะให้ได้ภาพสามมิติของวัตถุกลับขึ้นมาก็นำฟิล์มรับภาพที่ได้บันทึกลวดลายการแทรกสอดกันของแสงไว้มาส่องด้วยแสงอ้างอิงอีกทีหนึ่ง ฟิล์มรับภาพที่ได้บันทึกข้อมูลของวัตถุสามมิติไว้ในรูปของลวดลายการแทรกสอดนี้เรียกว่า ฮอโลแกรม (Hologram) ซึ่งเป็นภาษากรีก และเกิดจากคำสองคำผสมกัน คำแรกคือ Holo ที่หมายถึงทั้งหมดหรือสมบูรณ์ ส่วนอีกคำหนึ่งคือ Gram ซึ่งแปลว่าเขียน ดังนั้น Hologram คือการเขียนหรือการบันทึกข้อมูลของวัตถุอย่างสมบูรณ์นั่นเอง

การทดลองของ Dennis Gabor เห็นผลในช่วงปี ค.ศ. 1948–1950 และเมื่อเลเซอร์ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นฮอโลแกรมก็เป็นที่แพร่หลายในวงการวิจัย และ ได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในหลายๆ ด้าน เช่น การหาตำแหน่งของวัตถุในสามมิติที่ให้ความละเอียดที่ดีกว่าความยาวคลื่นของแสงที่ใช้ การคำนวณหารูปร่างของวัตถุสามมิติ และการศึกษาการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัตถุสามมิติในช่วงเวลาต่างๆ

ฮอโลแกรมสีรุ้ง
(ซ้าย) ตัวอย่างฮอโลแกรมสีรุ้งสร้างโดยทีมวิจัยเนคเทค และ (ขวา) แผ่นฮอโลแกรมสำหรับเก็บมูลได้ถึง 300 GB จากบริษัท อินเฟสเทคโนโลยี จำกัด
ประวัติย่อ : Dennis Gabor
Dennis Gabor
Dennis Gabor นักฟิสิกส์และวิศวกรไฟฟ้า ชาวอังกฤษ-ฮังการี ผู้ค้นพบหลักการของการสร้างภาพ 3 มิติแบบฮอโลกราฟี

Dennis Gabor เป็นลูกชายคนโตของผู้บริหารเมือง เขาเกิดเมื่อวันที่ 5 มิถุนายน ค.ศ. 1900 ในเมือง Budapest ประเทศฮังการี เมื่ออายุได้ 15 ปี ก็เกิดความสนใจในเรื่องของคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์จึงได้ศึกษาแคลคูลัส ทฤษฎีไมโครสโคป และการสร้างภาพสีของ Gabriel Lippmann ด้วยตัวเอง นอกจากนี้เขายังได้ร่วมกับน้องชายของเขาสร้างห้องปฏิบัติการภายในบ้านและได้ทำการทดลองเกี่ยวกับรังสีเอ็กซ์ และ กัมมันตภาพรังสี อย่างไรก็ตาม เนื่องจากช่วงเวลานั้นคนที่จบการศึกษาทางฟิสิกส์หางานได้ยากในฮังการี Dennis Gabor จึงได้ตัดสินใจเข้าศึกษาต่อทางด้านวิศวกรรมไฟฟ้าที่ Technische Hochschule Berlin และจบการศึกษาระดับปริญญาตรีในปี ค.ศ. 1924 และระดับปริญญาเอกในปี ค.ศ. 1927 โดยในระหว่างที่ศึกษาอยู่นี้เองก็ได้แวะไปที่ University of Belin บ่อยๆ เพื่อเข้าฟังการบรรยายทางด้านฟิสิกส์ เพราะที่นี่มีนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงอย่าง Albert Einstein, Max Planck, Walther Nernst และ Max van Laue อยู่ หลังจากจบการศึกษาในปี ค.ศ. 1927 ก็ได้เข้าทำงานที่ Siemens & Halske AG โดยรับผิดชอบการออกแบบและสร้างหลอดไฟแคดเมียม แต่สิ่งที่ได้กลับเป็นหลอดไฟไอปรอทความดันสูง ช่วงปี ค.ศ. 1933-1948 ซึ่งเป็นช่วงที่นาซีเรืองอำนาจ เขาได้ย้ายไปยังสหราชอาณาจักรและเข้าทำงานที่ British Thomson-Houston และที่นี่เองที่ทำให้เขามีบทความวิชาการเกี่ยวกับทฤษฎีการสื่อสาร พัฒนาระบบกล้องถ่ายภาพยนตร์ และทำการทดลองที่เกี่ยวกับฮอโลแกรม (ในขณะนั้นเรียกว่าการสร้างหน้าคลื่นย้อนกลับ หรือ Wavefront Reconstruction)

โดยในเรื่องของฮอโลแกรมนั้นเขาเองก็ไม่ได้ตั้งใจที่จะทำการทดลองเรื่องนี้ เพียงแต่ขณะนั้นต้องการที่จะปรับปรุงกล้องอิเล็กตรอนไมโครสโคปให้สามารถวิเคราะห์ได้ในระดับอะตอม แต่ผลที่ได้กลับเป็นผลงานใหม่ทางด้านฮอโลกราฟีที่ส่งผลต่อศาสตร์ทางด้าน Electron Holography และ Optical Holography ในอีก 10-20 ปีให้หลังทีเดียว ช่วงปี ค.ศ. 1949-1967 ได้เป็นศาสตราจารย์ทาง Applied Electron Physics ที่ Imperial College of Science and Technology ณ ที่นี้เขาได้ทำงานวิจัยที่สำคัญและยากหลายอย่าง เช่น กล้องไมโครสโคปที่ใช้หลักการฮอโลกราฟี โทรทัศน์สีจอแบน ทฤษฎีพลาสมา และ ทฤษฎีแมคนีตรอน เป็นต้น

แหล่งข้อมูล
  • Nobel Lectures in Physics 1963-1970, World Scientific Publishing, November 1998.
  • https://nobelprize.org , accessed Feb 2019.
  • https://en.wikipedia.org , accessed Feb 2019.
  • ศรัณย์ สัมฤทธิ์เดชขจร, โฟโทนิกส์ มหัศจรรย์แห่งแสง, นานมีบุ๊คพับลิเคชัน, กรุงเทพฯ, กุมภาพันธ์ 2549.

บทความที่เกี่ยวข้อง