Laser คืออะไร ?
เลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ทรงพลัง และมีคุณสมบัติพิเศษ ที่มีประโยชน์ใช้งานอย่างกว้างขวาง ผู้ที่คิดค้นเลเซอร์ได้คือ ซี. เอช.ทาวน์ส (C.H. Townes) ในปี ค.ศ. 1954 โดยได้เสนอเป็นหลักการ หรือทฤษฎีเลเซอร์ไว้ ซี.เอช.ทาวน์ส ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1964 สำหรับการคิดค้นเรื่องเลเซอร์นี้เอง
แมแมน (Maiman) เป็นผู้ที่พิสูจน์ทฤษฎีเลเซอร์ของ C.H. Townes ได้สำเร็จ โดยการประดิษฐ์เลเซอร์ตัวแรกของโลกขึ้น เป็นเลเซอร์ที่ทำทับทิม (Ruby L aser) ซึ่งเป็นของแข็งในปี ค.ศ. 1960
ในปีเดียวกันนั้นเอง จาแวน (Javan) ก็ได้ประดิษฐ์เลเซอร์ ที่ทำจากก๊าซฮีเลียม-นีออนได้เป็นผลสำเร็จ จากนั้นจึงมีการพัฒนาเลเซอร์ชนิดต่างๆ อีกมากมาย ทั้งที่ทำจากของแข็ง ของเหลว ก๊าซ และสารกึ่งตัวนำ
คำว่า “เลเซอร์” เป็นคำทับศัพท์ จากภาษาอังกฤษ คือ ซึ่งเป็นคำย่อของ “LASER””Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” จึงหมายถึง การแผ่รังสีของการเปล่งแสงแบบถูกเร้า ด้วยการขยายสัญญาณแสง ดังนั้นกลไกพื้นฐานของเลเซอร์จึงได้แก่ การเปล่งแสงแบบถูกเร้า และการขยายสัญญาณแสง กลไกทั้งสองนี้ เป็นสาเหตุที่ทำให้เลเซอร์มีคุณสมบัติพิเศษต่างๆ เช่น เป็นลำแสงขนาน ที่มีความเข้มสูง และมีคลื่นแสงที่เป็นระเบียบด้วยค่าความยาวคลื่นที่ตายตัว องค์ประกอบของเลเซอร์
Absorption คืออะไร ?
การดูดกลืนแสง (Absorption)
เมื่ออะตอม หรือโมเลกุลมีพลังงานสูงขึ้น เนื่องจากการดูดกลืนแสงแล้ว จะคงสภาพเช่นนั้นได้ด้วยระยะเวลาหนึ่งเท่านั้น เพราะสถานะที่พลังงานสูง (E2) นี้ไม่เสถียร เมื่อเวลาผ่านไประยะหนึ่ง อะตอม และโมเลกุลเหล่านั้น ก็จะตกกลับมาอยู่ที่ชั้นพลังานต่ำ (E1) ตามเดิม โดยคายพลังงานออกมาเท่ากับผลต่างระหว่างชั้นพลังงานทั้งสอง (E2 – E1) หรือเปล่งแสงกลับออกมานั่นเอง การเปล่งแสงเช่นนี้เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติของอะตอม และโมเลกุลนั้นๆ จึงเรียกปรากฏการณ์เช่นนี้ว่า การเปล่งแสงแบบเกิดขึ้นเอง (Spontaneous Emission)
แต่การเปล่งแสงแบบถูกเร้า (Stimulated Emission) ซึ่งเป็นกลกไลหลักของเลเซอร์นั้น เริ่มต้นจากการดูดกลืนแสง เพื่อให้อะตอม หรือโมเลกุล ขึ้นไปอยู่ที่ชั้นพลังงานสูงเช่นกัน แทนที่จะให้อะตอมหรือโมเลกุลตกลงมาเอง เมื่อเวลาผ่านไปจะมีการฉายแสงเข้าไปในระบบอะตอม หรือโมเลกุล ที่มีพลังงานเท่ากับผลต่างของชั้นพลังานทั้งสอง (E2 – E1) แต่แสงที่ฉายเข้าไปนี้ไม่ถูกดูดกลืนโดยระบบฯ แสงนี้เร่งเร้าให้อะตอมหรือโมเลกุลคายพลังงานก่อนเวลา แสงที่เปล่งออกมากับแสงที่เร้าจึงออกมาจากระบบพร้อมกันมีพลังงานเท่ากัน และมีความพร้อมเพียงกันทั้งทิศทางการเคลื่อนที่และเฟสของคลื่นแสง
ด้วยหลักการดังกล่าว ได้นำเทคโนโลยีดังกล่าวมาใช้ในอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นอุตสาหกรรม, ด้านการแพทย์, ด้านการทหาร, ด้านการค้นคว้าวิจัยขั้นสูง รวมถึงงานด้านเครื่องมือวัดวิเคราะห์เช่นกัน
ทาง WITT GAS ผู้นำทางด้านเครื่องมือวัดและวิเคราะห์ทางด้านแก๊ส ได้นำเทคโนโลยี Laser light absorption มาใช้กับเครื่องมือวิเคราะห์หาค่า O2, CO2 โดยไม่ทำลายผลิตภัณฑ์ โดยเรียก Model ดังกล่าวว่า Gas analyzer OxyBeam
หลักการทำงาน
ตัวเครื่อง จะมีตัวปล่อยรังสี (laser source) ยิงผ่านผลิตภัณฑ์(Product) ไปยังตัวรับสัญญาณหรือตัวรับรังสี laser (Detection) และคำนวณค่าออกมา โดยวิเคราะห์จากการดูดกลืนแสงของแก๊สที่ต้องการวิเคราะห์ ซึ่งแก๊สแต่ละชนิด จะมีค่าการดูดกลืนแสงไม่เท่ากัน
ตัวอย่างการทำงาน และการวิเคราะห์ค่าจากเครื่อง OxyBeam
Credit : scimath.org