เลเซอ

รายงานวิชา PHYS2200 ฟิสกิ สใ์ นชวี ิตประจําวนั 54XXXXXXXX นายรกั เรยี น เพยี รศกึ ษา

เรอื่ ง ความรเู้ บ้ืองต้นเก่ยี วกบั เลเซอร์

1. เลเซอรค์ อื อะไร

คาํ ว่า Laser ย่อมาจาก Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

แสงเลเซอรเ์ ป็นแสงท่ีมสี มบัติพเิ ศษแตกตา่ งจากแสงทัว่ ๆ ไป สมบัตดิ งั กล่าวประกอบดว้ ย
- เปน็ แสงสเี ดียว (monochromaticity)
- มีความพรอ้ มเพรยี ง (coherence)
- มีทศิ ทางที่แน่นอน (directionality) และ
- มีความเขม้ (Intensity หรือ Brightness) สงู มาก

ดว้ ยสมบตั พิ ิเศษเหล่าน้ี ทําให้แสงเลเซอรถ์ กู นํามาใชป้ ระโยชน์มากมาย เช่นทางดา้ นการสอื่ สาร การทหาร บนั เทิง
อุตสาหกรรม และการแพทย์

2. แสงเลเซอรเ์ กดิ จากอะไร

เพอ่ื จะเข้าใจการกําเนดิ แสงเลเซอร์ ตอ้ งเรม่ิ ทาํ ความเขา้ ใจตั้งแต่โครงสร้างของอะตอม ซึง่ เปน็ หนว่ ยย่อย ของธาตุหรอื สสาร
นักฟิสิกสไ์ ดเ้ สนอแบบจาํ ลองอะตอมวา่ ประกอบดว้ ยนวิ เคลยี สอยู่ตรงกลาง ซึ่งมปี ระจบุ วก และมอี ิเลก็ ตรอนซง่ึ มปี ระจุลบโคจร
อย่โู ดยรอบ การอยูห่ รือการจัดวางของอเิ ลก็ ตรอนในอะตอมทําใหอ้ ะตอม มพี ลงั งานคา่ หน่งึ ซึ่งอะตอมจะมีพลังงานได้เพียง
บางคา่ เทา่ นนั้ (เรยี กว่า quantized energy) ขึน้ อยู่กบั จาํ นวนอิเล็กตรอนและประจุบวกท่ีอยู่ในนิวเคลียสของอะตอมนั้น

ถา้ อะตอมไดร้ บั พลงั งานกระตนุ้ ทเ่ี หมาะสม จะมีผลทําให้อะตอมมพี ลังงานสูงขึ้น แตโ่ ดยธรรมชาติแลว้ เมอ่ื เวลาผ่านไปอยา่ ง
รวดเรว็ อะตอมจะคายพลังงานสว่ นเกนิ ทไี่ ดร้ ับออกมา เพือ่ ใหม้ พี ลังงานตาํ่ ลง

เนอ่ื งจากอิเล็กตรอนทีโ่ คจรรอบนิวเคลียสในวงโคจรทีต่ า่ งกัน จะมพี ลงั งานที่แตกต่างกนั ซง่ึ พลงั งานดงั กล่าวบง่ ชถ้ี งึ พลังงาน
ของอะตอมนนั่ เอง เม่อื ทาํ การจดั เรียงพลังงานตา่ ง ๆ ของอะตอมที่สามารถมไี ด้ จากคา่ น้อยไปหาค่ามาก สามารถเขยี น
แผนภาพช้ันพลงั งาน (energy level) ของอะตอมได้ ดังรปู

รูปแสดงชน้ั พลงั งานของอะตอม
อะตอมทีม่ พี ลงั งาน E0 เปน็ อะตอมที่อยู่ในสถานะพ้ืน (ground state)
แตถ่ ้าอะตอมทม่ี ีพลังงานสูงขึ้นไป จะอยู่ในสถานกระตุ้น (excited states)

~1~

 

รายงานวิชา PHYS2200 ฟสิ กิ ส์ในชีวติ ประจาํ วัน 54XXXXXXXX นายรกั เรยี น เพยี รศึกษา

ในสภาวะสมดุลความร้อน เม่ือพิจารณาอะตอมหนงึ่ ๆ จะมีพลงั งานอยู่ค่าหนึ่ง ซ่งึ จะสามารถอย่ใู นชน้ั พลงั งานใดชั้นพลงั งาน
หนึง่ ได้ แตใ่ นธรรมชาติ ธาตุและสารประกอบจะประกอบด้วยอะตอมจํานวนมาก ดังนั้นในช้นั พลงั งานของอะตอมสําหรบั ธาตุ
หรือสารประกอบจงึ มอี ะตอมหรือประชากรอะตอมกระจายอยู่ในจาํ นวนทแี่ ตกตา่ งกัน ซง่ึ โดยมากแลว้ ประชากรอะตอมในชน้ั
พลังงานตํ่าจะมีมากกว่าประชากรอะตอมในชน้ั พลังงานสงู

การเปล่ยี นชัน้ พลงั งานของประชากรอะตอมสามารถเกดิ ขึ้นได้เมอ่ื มีพลงั งานจากภายนอกมากระตุ้น เช่น การกระตุน้ โดยโฟ
ตอนแสง (อนภุ าคของแสง) ทีม่ ีพลงั งานเท่ากับความแตกตา่ งของระดับพลงั งานพอดี กล่าวคอื ถา้ ต้องการกระตุน้ อะตอมที่เดมิ
อย่ใู นสถานพน้ื ให้ไปอยู่ในสถานะกระตนุ้ ที่ 1 โฟตอนแสงทไ่ี ปกระตุ้นตอ้ งมีพลงั งานเท่ากบั ขนาดของผลตา่ ง E0 - E1

การเปลยี่ นช้นั พลงั งานของอะตอมทีเ่ กิดข้ึนโดยการดูดกลนื โฟตอนแสง เปน็ ปรากฏการณ์ท่เี รยี กว่า การดดู กลนื แสง (light

absorption) แตอ่ ะตอมทอี่ ยู่ในช้ันพลงั งาน E1 จะไม่เสถยี ร เมอ่ื เวลาผ่านไปอยา่ งรวดเรว็ อะตอมนั้นจะกลับมาอยใู่ นช้นั
พลังงาน E0 เชน่ เดิม โดยปลดปล่อยพลงั งานส่วนเกนิ ออกมาในรปู ของโฟตอนแสง ทม่ี พี ลังงานเท่ากับ E1 - E0 ปรากฏการณ์
ปลดปล่อยโฟตอนโดยธรรมชาตนิ ้เี รียกวา่ การปล่อยแสงแบบเกิดข้ึนเอง (spontaneous emission)

ในปี ค.ศ. 1917 ไอน์สไตน์ ได้เสนอวา่ นอกเหนือจากปรากฏการณป์ ล่อยแสงแบบเกดิ ขน้ึ เองแล้ว ยังสามารถทาํ ให้เกิดการ
ปล่อยแสงโดยการถูกกระตนุ้ (spontaneous emission) ได้ด้วย ซง่ึ การปล่อยแสงโดยการถูกกระตุ้นนี้ เป็นกลไกหลักในการ
กําเนิดแสงเลเซอร์ กลา่ วคือ ในขณะที่อะตอมอยใู่ นสถานะกระตนุ้ เชน่ อยู่ในชน้ั พลังงาน E1 ถ้ามโี ฟตอนแสงจากภายนอกทมี่ ี
พลังงานเท่ากบั ความแตกตา่ งของระดับพลังงาน E1 - E0 เข้ามาชน จะทาํ ใหอ้ ะตอมท่อี ยู่ในชน้ั พลังงาน E1 นี้ ถกู กระตุ้นใหล้ ง
มายงั ช้ันพลังงาน E0 โดยมีการคายพลงั งานออกมาในรูปของโฟตอนที่มีพลงั งานเท่ากบั E1 - E0 เน่อื งจากโฟตอนแสงทม่ี าชนไม่
ถกู ดูดกลนื โดยอะตอมที่ถกู ชน ทําให้จาํ นวนโฟตอนเพิ่มขึ้นเป็นสองอนุภาค (โฟตอนทีม่ ากระตุน้ บวกกบั โฟตอนทไ่ี ด้จากการ
เปล่ยี นสถานะของอะตอม)

โฟตอนทงั้ สองนี้มีพลังงานเท่ากนั มีความถ่ีเดียวกัน มเี ฟสตรงกัน มโี พลาไรเซชันเหมือนกัน และเคล่ือนทีใ่ นทศิ ทางเดียวกัน ซ่งึ
ถ้าพจิ ารณาในมุมมองของคลน่ื แลว้ จะพบวา่ เมอ่ื แสงสองขบวนมีความถตี่ รงกนั มเี ฟสตรงกัน เคล่ือนที่ในทิศทางเดียวกนั
สามารถท่ีจะรวมกันในลักษณะท่ีเสริมกนั ได้ ทําให้ไดค้ ลน่ื รวมทม่ี ีขนาดโตขน้ึ เกิดเป็นปรากฏการณท์ เี่ รียกว่า การขยาย
สญั ญาณแสง (light amplification) ข้ึน ถ้าสามารถทําให้เกิดการขยายสญั ญาณแสงในลักษณะนก้ี ับอะตอมเปน็ จํานวนมาก
ๆ ได้ ก็จะทําใหไ้ ดส้ ญั ญาณแสงท่มี คี วามเข้มสงู ออกมา

จากที่กล่าวมา พบว่าปจั จยั ทีส่ ําคญั อย่างหนง่ึ ในการทจี่ ะทาํ ให้เกิดการขยายแสงโดยการกระตนุ้ ได้มาก ๆ คือการทําใหม้ ี
ประชากรอะตอมในสถานะกระตุ้นมาก ๆ ซง่ึ ในธรรมชาตเิ ป็นไปไม่ได้ จึงต้องมกี ารหาวิธกี ารที่จะทาํ ใหป้ ระชากรอะตอมใน
สถานะกระตุ้น E1 มากกวา่ สถานะพ้ืน E0

~2~

 

รายงานวชิ า PHYS2200 ฟิสกิ ส์ในชีวติ ประจําวนั 54XXXXXXXX นายรกั เรียน เพยี รศึกษา

ปรากฏการณ์ทที่ าํ ให้จํานวนประชากรอะตอมในช้ันพลังงานสูงมมี ากกวา่ ประชากรในชัน้ พลงั งานตาํ่ เรยี กวา่ ประชากรผกผนั
(population inversion) ในทางปฏบิ ัตสิ ามารถทาํ ใหเ้ กดิ ประชากรผกผนั ไดโ้ ดยการใช้พลงั งานจากภายนอกปริมาณหนง่ึ ท่ี
เพยี งพอจะทําให้ประชากรอะตอมมีสถานะเปล่ียนไปจากสถานะพ้นื E0 ไปยังสถานะกระตุ้น E1 และทําใหก้ ารกระตุน้
ประชากรอะตอมในสถานะกระตุ้นให้ตกกลับมายังสถานะพ้ืน เพื่อใหป้ ระชากรอะตอมปลดปล่อยโฟตอนแสงเปน็ จํานวนมาก
ออกมา

อยา่ งไรกต็ ามการกระตุ้นประชากรอะตอมเพื่อให้มีการปล่อยแสงเพียงครั้งเดยี วยังไมส่ ามารถทาํ ให้ได้แสงเลเซอร์ออกมา
เนือ่ งจากในความเป็นจริง ในขณะเดียวกบั ท่เี กิดการปล่อยแสงโดยการถกู กระตนุ้ กจ็ ะมกี ารดูดกลืนแสงเกิดข้นึ ดว้ ยโดย
ประชากรอะตอมในสถานะพนื้ ทาํ ใหค้ วามเข้มแสงทีไ่ ดม้ ปี รมิ าณลดลง ดังนั้นเพอ่ื ให้เกิดการเพิ่มข้ึนของความเขม้ ของสญั ญาณ
แสง จึงต้องทาํ ให้เกิดปรากฏการณ์ปลอ่ ยแสงโดยการถกู กระต้นุ อยา่ งต่อเนือ่ ง โดยการทําให้โฟตอนแสงท่ไี ด้จากการปลดปลอ่ ย
ของประชากรอะตอม มากระตนุ้ ใหเ้ กิดการปลดปลอ่ ยแบบถูกกระตนุ้ ซํา้ แลว้ ซาํ้ อีก จนกระทงั่ สญั ญาณแสงมคี วามเข้มสูงขน้ึ
จนถึงจดเลสซิง (lasing point) หรือจดุ ออสซลิ เลตของเลเซอร์ (laser oscillating point) แสงท่ีได้ออกมาจึงมสี มบตั เิ ป็นแสง
เลเซอร์

ด้วยสาเหตทุ แ่ี สงท่ไี ดน้ ้ีเกิดจากปรากฏการณข์ ยายสญั ญาณโดยการปล่อยแสงแบบถูกกระตุ้น จึงเป็นทม่ี าของคําเตม็ laser ใน
ภาษาอังกฤษท่ีมาจาก Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

3. ชนิดของเลเซอร์

เมือ่ นาํ ปัจจัยทกี่ ล่าวมาท้งั หมดในหัวขอ้ ทแี่ ล้วมาพิจารณา จะพบวา่ ในทางปฏิบัติ โครงสร้างของเครอ่ื งกาํ เนดิ แสงเลเซอร์จะตอ้ ง
มอี งค์ประกอบสาํ คญั 3 สว่ น คือ
1. ตัวกลางเลเซอร์ (laser medium) เป็นวัสดทุ ถ่ี กู กระตุ้นแลว้ ใหแ้ สงเลเซอรอ์ อกมา ซึ่งอาจเป็นแกส๊ ของแข็ง ของเหลว
หรือสารกึง่ ตวั นาํ
2. ออปตคิ ัลเรโซเนเตอร์ (optical resonator) เป็นส่วนประกอบของเครื่องกาํ เนิดเลเซอร์ท่ีทาํ ใหเ้ กิดการปลอ่ ยแสงแบบถกู
กระต้นุ ซาํ้ แลว้ ซ้ําอีกจนถงึ จุดเลสซงิ ประกอบดว้ ยกระจก 2 แผ่น วางหนั หน้าเข้าหากัน โดยระหวา่ งกลางมตี วั กลางเลเซอร์อยู่
3. แหลง่ กาํ เนิดพลังงาน (energy source) เปน็ ตวั กระตุน้ ใหอ้ ะตอมอย่ใู นสภาวะท่ีเปน็ ประชากรผกผัน

รปู แสดงโครงสรา้ งพน้ื ฐานของเครื่องกาํ เนดิ เลเซอร์

กระจกทีท่ าํ หนา้ ท่ีเปน็ ออปตคิ ัลเรโซเนเตอร์สองบานนน้ั มคี วามสามารถในการสะท้อนแสงไดต้ า่ งกันเลก็ น้อย กลา่ วคอื กระจก
แผน่ หลังตัวกลางเลเซอร์สามารถสะทอ้ นแสงได้หมด ในขณะทก่ี ระจกแผ่นหน้าสะท้อนแสงไดเ้ กือบหมด โดยมปี ริมาณแสง
บางส่วนทะลผุ ่านไปได้ แสงท่ที ะลผุ ่านออกไปกค็ อื แสงเลเซอร์นน่ั เอง

~3~

 

รายงานวชิ า PHYS2200 ฟสิ กิ สใ์ นชวี ติ ประจาํ วนั 54XXXXXXXX นายรกั เรยี น เพยี รศกึ ษา

ชนิดของเลเซอร์
เราสามารถแบ่งชนิดของเลเซอร์ตามลกั ษณะของตวั กลางเลเซอร์ได้ดงั นี้

• Gas Laser: สารตวั กลางเลเซอร์มีลกั ษณะเปน็ ก๊าซ เช่น CO2 Laser, Argon Laser, Xenon Laser, He-Ne Laser
• Solid State Laser: ใชส้ ารตวั กลางเลเซอร์ที่เป็นแทง่ ผลึกแขง็ เช่น Nd:YAG Laser, Ruby Laser
• Dye Laser: สารตวั กลางมีลักษณะเปน็ ของเหลว เชน่ Rhodamin 6G Laser
• Semiconductor Laser: เป็นเลเซอร์ที่ใช้สารตวั กลางเลเซอร์เปน็ สารกง่ึ ตวั นํา เชน่ Diode Laser ชนิดตา่ ง ๆ

เลเซอร์ทีน่ ิยมใช้ในงานอุตสาหกรรมในปจั จับัน ได้แก่ He-Ne Laser, Argon-Ion Laser, Carbon dioxide Laser, Ruby
Laser, Nd:YAG Laser, Semiconductor Laser และ Eximer Laser แต่ละชนิดมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

He-Ne Laser
ฮีเลยี ม-นอี อน เลเซอร์
เป็นเลเซอร์กา๊ ซชนิดแรก ประกอบด้วยกา๊ ซฮีเลียม (He) และนีออน (Ne) ในอตั รา ส่วนประมาณ 10:1 แหล่งกําเนดิ พลงั งานที่
กระตนุ้ ใหเ้ กิดประชากรผกผนั (มักเรียกอีกช่ือวา่ pumping source) ที่ใช้จะเปน็ electrical discharge คือทาํ ให้มีอิเล็กตรอน
ว่งิ ผ่านและชนกบั กา๊ ซท่บี รรจอุ ยู่ในหลอดเลเซอร์

แสงเลเซอรท์ ีไ่ ด้จะเป็นสแี ดง ท่ีมีความยาวคล่ืน 632.8 นาโนเมตร (หรือ 632.8 x 10-9 เมตร) และมีกาํ ลงั ประมาณ 0.5 – 50
มลิ ลวิ ตั ต์ ผูส้ รา้ งสามารถเลือกการเปลยี่ นช้นั พลังงานของอะตอมให้เกดิ เปน็ เลเซอร์สีเขียว และอนิ ฟราเรด ได้ แตไ่ มน่ ิยม
เพราะแสงดงั กล่าวเกดิ ยากกว่าและตอ้ งใช้ต้นทุนสงู

มกี ารใชง้ าน ฮเี ลยี ม-นีออน เลเซอร์ มากในงานศกึ ษาวิจยั โดยมากใช้ในการสอบเทียบ การวัด การสร้างภาพโฮโลแกรม ในงาน
อุตสาหกรรมใชเ้ ปน็ มาตรฐานในการสอบเทียบการวัดเชงิ มิติ

รูปแสดงระบบ He-Ne Laser (กลอ่ งสขี าว) ที่ใช้ในการสรา้ งภาพโฮโลแกรม

~4~

 

รายงานวชิ า PHYS2200 ฟิสกิ สใ์ นชวี ิตประจําวนั 54XXXXXXXX นายรกั เรยี น เพยี รศกึ ษา

รูปแสดง He-Ne Laser ก๊าซบรรจุอยใู่ นหลอดแก้ว จะเหน็ กระจกที่ปลายท้งั สองขา้ ง

Argon-ion Laser
อารก์ อน-อิออน เลเซอร์
ตวั กลางทีเ่ ป็นต้นกาํ เนิดของแสงเลเซอรช์ นดิ นี้คอื ออิ อนของอารก์ อน ซ่ึงเกิดจากการกระตุ้นอะตอมของอาร์กอน จน
อเิ ลก็ ตรอนบางอนุภาคหลุดออกไป

Pumping source ที่ใชเ้ ปน็ แบบ electrical discharge ทาํ ให้อิออนของอารก์ อนถูกกระตุ้นไปอยู่ทีช่ ัน้ พลงั งานทสี่ งู กว่า ที่
เรยี กวา่ metastable state โดยทบี่ ริเวณทเี่ ปน็ metastable states จะมีหลายชนั้ ยอ่ ย ทําให้สามารถเกดิ การเปล่ียน
ระดับช้นั พลงั งานไดห้ ลายแบบ แตท่ ่เี ด่นชดั คอื แสงเลเซอร์ท่ีมีความยาวคล่นื 514 นาโนเมตร (สีเขียว) และ 488 นาโนเมตร
(สนี า้ํ เงิน) กําลังของแสงเลเซอร์ที่ได้จะอยู่ในชว่ ง 1 – 20 วตั ต์

ขอ้ เสียของเลเซอรช์ นดิ นค้ี อื ตอ้ งใชก้ ระแสไฟฟา้ ในการ pump สูงมาก เพราะต้องทําหน้าทที่ ัง้ ทําให้อะตอมเป็นอิออน และ
กระตุ้นออิ อนใหเ้ กิดประชากรผกผัน ทําให้เกดิ ความรอ้ นสงู จึงต้องมรี ะบบหล่อเย็น

อารก์ อน-อิออน เลเซอร์ ถูกนําไปประยกุ ต์ใช้ทางด้านการแพทย์ (ผ่าตดั ) สร้างภาพโฮโลแกรม (holography) และงานดา้ น
specto photometry

รูปแสดงลาํ แสงสเี ขียวของอารก์ อน-ออิ อน เลเซอร์
(แหล่งภาพ http://stigma.bu.edu/facilities.asp)

Carbon dioxide Laser
คาร์บอนไดออกไซด์ เลเซอร์
เป็นเลเซอรช์ นดิ กา๊ ซ ประกอบดว้ ยก๊าซคารบ์ อนไดออกไซด์ กา๊ ซไนโตรเจน และก๊าซฮเี ลียม ในอตั ราส่วนประมาณ 1:1:10 เพื่อ
ช่วยในการเพ่ิมประสทิ ธิภาพของเลเซอร์

~5~

 

รายงานวิชา PHYS2200 ฟิสกิ ส์ในชวี ติ ประจาํ วัน 54XXXXXXXX นายรักเรียน เพยี รศกึ ษา

ทีแ่ ตกตา่ งเลเซอร์กา๊ ซประเภทอืน่ มาก เพราะแสงเลเซอรไ์ ม่ได้เกดิ จากการเปลี่ยนระดบั พลังงานของอะตอม แต่เกิดจากการ
หมนุ และการสนั่ ของโมเลกลุ ของกา๊ ซ โมเลกลุ ของคาร์บอนไดออกไซด์ ปกตจิ ะมีลักษณะเป็นเส้นตรง โดยมีออกซิเจนอยสู่ อง
ข้างและคาร์บอนอยู่ตรงกลาง การสน่ั ของโมเลกลุ เป็นการส่นั ขน้ึ ลงหรือเขา้ ออกของออกซิเจน เมอ่ื เทียบกบั คาร์บอน

พลงั งานจากการเปล่ยี นระดบั พลังงานในการส่ันของโมเลกลุ จะมคี ่าประมาณ 0.1 อเิ ลก็ ตรอนโวลต์ ได้ความยาวคลน่ื แสง
เลเซอร์ประมาณ 10.6 ไมครอน (10.6 x 10-6 เมตร) ซึ่งเป็นคลน่ื แม่เหล็กไฟฟ้ายา่ นอนิ ฟราเรด

การทีพ่ ลงั งานจากการเปลยี่ นระดับพลังงานมคี า่ ตา่ํ ทาํ ให้ pump โดยใช้ electrical discharge ไดง้ ่าย และมปี ระสิทธิภาพสงู
ถึง 20% ซึ่งถือว่ามากเมือ่ เทยี บกับเลเซอร์โดยทวั่ ไป ทม่ี ปี ระสทิ ธิภาพประมาณ 1%

คาร์บอนไดออกไซดเ์ ลเซอร์ โดยทั่วไปจะมีกําลงั เฉลยี่ ประมาณ 10 – 2,000 วตั ต์ ถ้าประยุกตใ์ ช้ในงานการตัดกระดาษหรอื ผ้า
หรอื ในงานแกะสลักพลาสตกิ และไม้ จะใช้กาํ ลังอย่ทู ป่ี ระมาณ 10 – 5- วัตต์ แต่ถ้าใชใ้ นการตดั หรือเจาะโลหะหรอื วสั ดุทม่ี ี
ความแขง็ สงู มาก ต้องใชก้ ําลงั อยู่ทีป่ ระมาณ 100 วัตต์ ขึ้นไป ทําใหเ้ ลเซอร์ชนดิ น้ีไมเ่ หมาะในการนํามาประยกุ ตใ์ ชใ้ นงานการ
แกะสลกั หรือเจาะวัสดทุ ีม่ ีความแข็งสูง โดยส่วนใหญ่แลว้ มักใชก้ บั วัสดจุ ําพวกอโลหะ เนอ่ื งจากระบบคารบ์ อนไดออกไซดแ์ บบ
ชนดิ ทีม่ กี ําลงั สูงจะมีขนาดใหญ่ และมีอปุ กรณเ์ สริมต่อพ่วง เชน่ ถงั กา๊ ซ ปม๊ั สุญญากาศ และอุปกรณ์ควบคมุ ความดัน รวมถึง
แหลง่ จ่ายกาํ ลงั แรงดันสงู ประมาณ 10 – 25 กิโลโวลต์

Ruby Laser
เลเซอร์ทับทิม
เปน็ เลเซอรช์ นดิ ของแขง็ มีลกั ษณะทสี่ ําคัญคอื ตัวกลางเลเซอรท์ ่ีใชจ้ ะเปน็ แทง่ ผลกึ ของฉนวน ซ่งึ ทําหนา้ ทเี่ ปน็ host และมกี าร
ฉาบ (dope) โครเมยี ม (เปน็ impurity) เข้าไป ทําให้บางคร้ังนยิ มเรียกวา่ doped insulator laser และมีตัวอย่างเลเซอร์
หลกั ๆ 2 ชนดิ ที่ใช้เทคนิคน้ี คอื เลเซอร์ทบั ทิม และ Nd:YAG เลเซอร์

รปู แสดงเลเซอร์ทับทมิ เครอื่ งแรก

เลเซอรท์ บั ทิม เป็นเลเซอร์ชนิดแรกที่ถูกสร้างข้นึ โดย Theodore Maiman ในปี ค.ศ. 1960 สารตัวกลางเลเซอรค์ อื
Cr3+:Al2O3 เป็นการ dope Cr 3+ ลงไปใน Al2O3 ซ่งึ คอื ทบั ทมิ สงั เคราะหน์ นั่ เอง

pumping source ทีใ่ ช้เปน็ แบบ optical โดยท่นี ิยมใชก้ นั คอื หลอดไฟแฟลช (xenon flash lamp ท่ีเหน็ เป็นหลอดแกว้
เกลียวในรปู ขา้ งบน ซ่ึงโอบรอบแท่งผลกึ ทบั ทมิ ท่ีอยูต่ รงกลาง) การทําให้เกดิ ประชากรผกผันในเลเซอร์ทับทมิ นน้ั ทําได้ยาก

~6~

 

รายงานวิชา PHYS2200 ฟิสกิ สใ์ นชีวิตประจําวนั 54XXXXXXXX นายรกั เรียน เพยี รศกึ ษา

และจะไดเ้ ลเซอร์เฉพาะแบบทีเ่ ป็นพลั สเ์ ท่าน้ัน ความยาวคลนื่ ของแสงเลเซอร์ท่ไี ด้คือ 694.3 นาโนเมตร และมีพลงั งานใน
ระดบั มิลลิจจู ต่อพัลส์ ถึง กโิ ลจูลตอ่ พลั ส์

Nd:YAG Laser
นิโอดิเมยี มแยก็ เลเซอร์
เปน็ เลเซอรช์ นิดของแข็ง โดยมี host เปน็ ผลึกของ Yttrium-aluminium garnet (Y3Al5O12) หรือเรียกย่อ ๆ ว่า YAG ส่วน
impurity คือ Nd3+ ซ่ึงจะถกู dope เข้าไปประมาณ 1% โดยน้ําหนกั

โดยท่ัวไปนีโอดเิ มยี มแยก็ เลเซอร์ มกี ําลงั เฉลีย่ อยู่ท่ปี ระมาณ 3 – 1,000 วัตต์ สามารถให้แสงได้ทัง้ แบบพัลส์ (pulse) และ
แบบตอ่ เนื่อง (continuous) ขึ้นอยู่กบั ว่า pumping source ที่ใช้เป็นแบบหลอดไฟแฟลช หรอื หลอดไฟอารค์

เลเซอร์ชนิดนม้ี คี วามยาวคลน่ื 1064 นาโนเมตร อยู่ในย่านอนิ ฟราเรด แตน่ ยิ มใชค้ วบคกู่ ับ second harmonic crystal เชน่
KTP ทําใหไ้ ดค้ วามยาวคลนื่ 532 นาโนเมตร เปน็ แสงสีเขียวออกมาได้

เน่อื งจากเลเซอร์ชนดิ น้สี ามารถทําให้เกดิ ค่ากาํ ลงั สดู สุดถึง 2,000 วตั ต์ ได้ในระบบเลเซอร์ท่ีมีคา่ กําลังเฉลี่ย 3 วัตต์ เท่านัน้ จึง
ทาํ ให้ระบบเลเซอร์น้ี ซ่งึ มีขนาดเล็ก สามารถนาํ ไปทาํ การเจาะ ตัด หรือแกะสลักวัสดุที่มีความแขง็ สงู วัสดุจาํ พวกโลหะ หรือ
วัสดุเชน่ แกว้ เซรามิก หรืออญั ญมณี ได้เปน็ อย่างดี

รูปแสดงแสงสเี ขยี วของ นโี อดิเมียมแยก็ เลเซอร์
ในหอ้ งวิจยั ของ มหาวทิ ยาลยั เทคโนโลยพี ระจอมเกลา้ ธนบรุ ี

ปัจจุบันระบบนิโอดเี มียมแย็กเลเซอร์สว่ นใหญ่ทีใ่ ชใ้ นงานอุตสาหกรรมเปน็ แบบใชห้ ลอดไฟแฟลช หรอื หลอดไฟอาร์ค เป็น
pumping source ซึ่งระบบน้มี ีการสนิ้ เปลอื งพลังงานมาก เนอ่ื งจากพลังงานทั้งหมดทใ่ี ส่ให้แก่หลอดอาร์คจะมเี พยี ง 4 – 7%
เทา่ นนั้ ที่ถกู นําไปใช้ในการกระตุ้น ส่วนทเี่ หลือคือความรอ้ นซ่ึงจะต้องถูกระบายทิง้ ออกไป

ในปจั จุบนั มกี ารพัฒนาเลเซอร์ไดโอดให้มีประสิทธิภาพสงู และมีราคาท่ีถกู ลงมาก จงึ ไดน้ าํ เอาเลเซอร์ไดโอดมาใชเ้ ป็นแหล่ง
กระตุ้นแทนท่ีหลอดไฟอารค์ ชนดิ เดิม ทาํ ให้ระบบมีประสทิ ธิภาพสงู ข้ึนถงึ 50 – 70% ของประสิทธิภาพรวม โดยท่รี ะบบเดมิ มี
ค่าเพียง 2 – 3% เทา่ นัน้ ระบบจึงมีขนาดเลก็ ลงมาก และมีอปุ กรณร์ ะบายความรอ้ นท่มี ขี นาดเล็กด้วย ทาํ ให้คา่ ใช้จา่ ยในการ
ทาํ งานลดลงมาก

~7~

 

รายงานวชิ า PHYS2200 ฟิสกิ ส์ในชวี ติ ประจาํ วนั 54XXXXXXXX นายรักเรยี น เพยี รศึกษา

Semiconductor Laser
เลเซอร์สารกึง่ ตัวนํา
เป็นเลเซอรท์ ่ีใชส้ ารกึ่งตวั นําเป็นตัวกลาง และเป็นเลเซอร์ท่มี จี ํานวนมากท่ีสุด มีลกั ษณะคล้ายกบั LED (light emitting
diode) แต่มลี กั ษณะพิเศษบางประการ ทาํ ให้แสงทอ่ี อกมาเปน็ เลเซอร์ โดย LED จะใหแ้ สงจาก spontaneous emission แต่
เลเซอร์สารกึ่งตัวนาํ ใหแ้ สงจาก stimulated emission

แสงในเลเซอรช์ นิดนี้เกิดจากการรวมตวั (recombination) ของอเิ ล็กตรอน กับ "หลมุ " (hole) ทบี่ ริเวณรอยต่อ P-N ของสาร
กึ่งตวั นํา เช่น GaAs, GaP และ GaAlAs

รูปแสดง laser pointer ซึง่ เป็นเลเซอรส์ ารก่งึ ตวั นาํ
สมัยนหี้ าซือ้ ได้งา่ ย ราคาถูก แตน่ ้อยคนที่จะรูว้ า่ แสงท่ใี หน้ ัน้ เป็นอันตรายต่อนัยนต์ าได้

ความยาวคล่ืนของแสงขึ้นกับชนดิ ของสารก่งึ ตวั นําท่ใี ช้เปน็ ตัวกลาง โดยความยาวคลน่ื หลกั ๆ คอื 650, 770, 809, 1100 และ
1500 นาโนเมตร สามาตรประยุกต์ใชใ้ นอุปกรณ์หลายชนิด เชน่ ปรินเตอร์ เลเซอร์พอยน์เตอร์

กาํ ลังของเลเซอร์ทีไ่ ด้มตี งั้ แตร่ ะดับ มลิ ลิวตั ต์ ถึง วัตต์ แต่สามารถนําเลเซอรส์ ารก่งึ ตัวนําหลาย ๆ อนั มารวมกนั ในรปู แบบของ
array หรอื bar ใหม้ ีกําลังสูงเปน็ ระดับ กิโลวัตต์ ได้

Eximer Laser
เอก็ ไซเมอร์เลเซอร์
เป็นเลเซอรช์ นิดก๊าซ โดยกา๊ ซที่บรรจอุ ยู่าภายในระบบนนั้ จะมีความดันอยู่ในชว่ งไม่เกิน 5 atm ซึ่งก๊าซทใ่ี ชเ้ ปน็ การผสมกนั ของ
rare gas เช่น Ar , Kr, Xe ปริมาณ 0.1 – 0.3% กบั ก๊าซฮาโลเจน เชน่ F, Cl, Br, I ปริมาณ 2 – 10% โดยก๊าซท้ังสองชนดิ จะ
มีอยู่ในระบบเพียงนอ้ ยนิดเมื่อเทียบกบั ปรมิ าตรของก๊าซทัง้ หมดภายในระบบ ส่วนท่ีเหลอื คอื buffer gas เชน่ He แต่ buffer
gas จะไม่ใช้เปน็ ตวั กลางของการเกดิ แสงเลเซอร์

เอ็กไซเมอร์เลเซอร์เกิดขนึ้ จากการปลดปลอ่ ยพลงั งานของโมเลกุล เมือ่ มกี ารเปลี่ยนระดับพลงั งานระหวา่ งสถานะกระตนุ้ และ
สถานะพ้นื คําว่า Eximer มาจากคาํ วา่ Excited Dimer (อ่านวา่ ไดเมอร)์ ซงึ่ เอก็ ไซเมอร์เลเซอร์ทใ่ี ช้ส่วนใหญ่จะใช้กา๊ ซผสม
ระหวา่ ง rare gas ทมี่ ีมวลโมเลกุลสูง กับก๊าซฮาโลเจน เช่น
ArCl ให้แสงความยาวคล่นื 175 นาโนเมตร
XeF ใหค้ วามยาวคลื่น 175 นาโนเมตร
ArF ให้ความยาวคล่นื 193 นาโนเมตร
KrF ใหค้ วามยาวคล่ืน 249 นาโนเมตร
XeCl ใหค้ วามยาวคลน่ื 308 นาโนเมตร

~8~

 

รายงานวิชา PHYS2200 ฟสิ กิ สใ์ นชีวติ ประจําวนั 54XXXXXXXX นายรกั เรียน เพยี รศึกษา

pumping source ท่ีใชไ้ ดม้ าจากพลงั งานจากปฏิกิรยิ าเคมี ระหวา่ ง rare gas กบั กา๊ ซฮาโลเจน เรยี กวธิ ี pump แบบนี้ว่า
chemical pumping เม่ือต้องการให้เกิดแสงเลเซอร์ กา๊ ซสองชนิดจะถูกนํามาผสมกัน นน่ั คือกา๊ ซท้ังสองแยกกันอย่ใู นตอน
แรก

รูปแสดงระบบเอก็ ไซเมอรเ์ ลเซอร์ ที่ใชใ้ นงานอตุ สาหกรรมการเจาะช้ินงานโพลิเมอร์
(แหล่งภาพ http://www.spectralytics.com/capabilities/excimerlaser.htm)

เอก็ ไซเมอร์เลเซอรใ์ หแ้ สงที่เปน็ แบบพัลส์ออกมา สามารถให้พลงั งานตั้งแตร่ ะดบั มิลลิจูล ไปจนถงึ ระดับ 100 จลู ตอ่ พัลส์ ใน
ความถส่ี ูงถงึ ระดับ 1 – 2 กิโลเฮิรตซ์ และสามารถให้กาํ ลงั งานเฉล่ยี ไดส้ ูงถึง 500 วตั ต์

เอ็กไซเมอร์เลเซอรเ์ ปน็ อปุ กรณ์กําเนิดแสงเหนอื ม่วงแบบอาพันธ์ (coherent uv) และ deep uv ให้ลาํ แสงท่มี ีขนาดเล็กมาก
สามารถนาํ ไปประยกุ ต์ใช้งานในดา้ นตา่ ง ๆ อย่างกว้างขวางทัง้ ทางการแพทย์ (เลซิค) และทางอตุ สาหกรรม โดยส่วนใหญจ่ ะ
นาํ ไปใชก้ บั วสั ดทุ ่ีมีความแข็งแรงของโครงสรา้ งโมเลกุลสูง เช่น เพชร หรอื สารจาํ พวกโพลเี มอร์

4. การประยกุ ต์ใชง้ านเลเซอร์

เราสามารถนําเลเซอร์ไปประยกุ ต์ใชง้ านได้หลายด้าน ดงั นี้

1. งานอตุ สาหกรรม ได้แก่

• Marking and Cutting คือการนําแสงเลเซอรไ์ ปทาํ ให้เกิดเป็นรอยหรือตดั วัสดุ โดยการควบคุมให้ลาํ แสงเลเซอร์ไป
ตกยังช้ินงานด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ โดยทว่ั ไปแล้วจะมรี ะบบเลเซอร์ marking and cutting แบง่ ออกเป็น 2
แบบหลัก คอื
(1) แบบให้ชิ้นงานเคล่อื นที่ ซงึ่ สามารถทาํ การ mark หรอื ตัดวสั ดทุ ่ีมคี วามละเอียดสูงไดเ้ ปน็ อย่างดี ตัวอย่างเช่นการ
mark บนตัวไอซี เป็นตน้ และ (2) แบบระบบลําแสงเคลอ่ื นที่ (flying optics) ซึ่งจะนยิ มใช้ในระบบท่ีมีพ้นื ท่ีการ
ทํางานขนาดใหญแ่ ละเลเซอรก์ าํ ลงั สงู
ข้อดขี องการใช้เลเซอร์ในงานประเภทนคี้ อื ไม่มกี ารสะสมความร้อนในวสั ดุ ทาํ ให้วัสดไุ มเ่ กิดการบิดงอหลังจากทําการ
ตดั แล้ว

~9~

 

รายงานวิชา PHYS2200 ฟสิ กิ สใ์ นชวี ิตประจําวนั 54XXXXXXXX นายรักเรยี น เพยี รศกึ ษา

• Welding หรือการเชอ่ื ม คือการใชค้ วามรอ้ นของลาํ แสงเลเซอร์มาหลอมละลายวสั ดุ 2 ชน้ิ ให้เปน็ เน้อื เดียวกนั ใน
บรเิ วณที่ถกู ลาํ แสงเลเซอร์
ข้อดขี องการใช้เลเซอร์ในการเช่อื มคอื จุดท่ีเชอ่ื มสามารถกาํ หนดให้มขี นาดเล็กมาก ๆ ได้ เช่น การเชื่อมเสน้ ทองจาก
แผน่ ชิปวงจรไอซี และระบบเลเซอร์เชื่อม นอกจากนี้ความรอ้ นที่ สะสมในวัสดมุ ีน้อยมาก เน่อื งจากเป็นการใช้
พลงั งานสูงในช่วงเวลาสัน้ มาก ๆ จึงสามารถควบคมุ และกําหนดคุณลกั ษณะของบริเวณผิวรอยเชือ่ มไดเ้ ปน็ อยา่ งดี

• Drilling หรือการเจาะ โดยทว่ั ไปจะใชเ้ จาะรูทีม่ ีขนาดเล็กมาก ๆ หรอื ใชก้ ับวสั ดุที่มีความแข็งสูง เช่น เซรามิกส์
เพชร

2. งานด้านการแพทย์ เชน่ การผา่ ตัวผิวหนงั การผ่าตัดแกไ้ ขสายตา และแมก้ ระทั่งการกําจดั มะเร็งท่ีผิวหนงั
3. งานด้านการทหาร เชน่ ระบบการนําวิถขี องจวรด
4. งานด้านการคน้ ควา้ วิจัยทางด้านวิทยาศาสตร์ขนั้ สงู

5. หลักความปลอดภัยเกีย่ วกับเลเซอร์

นบั ตัง้ แตเ่ ริม่ มกี ารใชเ้ ลเซอร์ในห้องทดลองในช่วงปี ค.ศ. 1960 ก็ได้มกี ารพจิ ารณาถึงความปลอดภัยในการใช้เลเซอร์ ซงึ่
อนั ตรายที่เกดิ จากเลเซอรม์ ี 3 ส่วนหลัก ๆ คือ

1. อนั ตรายจากลําแสงเลเซอร์ ซ่ึงจะมผี ลต่อนยั น์ตาของคนเรามากกว่าส่วนอ่นื ของรา่ งกาย
2. อันตรายจากความต่างศกั ย์สงู ทีอ่ ยู่ในเลเซอร์และแหลง่ จ่ายไฟ
3. อันตรายจากสารเลเซอร์ ในเลเซอร์บางชนิด เชน่ Dye laser, Eximer laser

อนั ตรายตอ่ นัยน์ตา
ลาํ แสงเลเซอร์กาํ ลังสงู เช่นทใ่ี ชส้ นการตดั เหล็ก หรือแมก้ ระทั่งแกะสลักไม้ ก็สามารถทาํ อันตรายผวิ หนงั ได้ แต่ท่อี ันตราย

ทส่ี ดุ คือ เมื่อลําแสงเลเซอรเ์ ข้าตา เพราะตาเปน็ สว่ นที่ไวแสงมากท่สี ุด นอกจากน้ีเลนส์แก้วตายังรวมแสงใหโ้ ฟกสั บนเรตินา
ทําให้ความเชม้ แสงสงู มากข้ึนกวา่ ทตี่ กบนแก้วตาประมาณ 1 แสนเท่า!

องคป์ ระกอบของนยั น์ตามนุษย์

หลายคนคงทราบวา่ การจ้องมองดวงอาทิตย์ตอนกลางวันเพียงคร่หู นง่ึ สามารถทําให้ตามองไม่เห็นได้ชัว่ ครู้ และการให้
ลาํ แสงเลเซอร์ท่ีมคี วามเข้ม มากพอเขา้ สูต่ า สามารถทาํ ใหต้ าบอดได้ แต่ทั้งนี้กข็ ้นึ กับปจั จัยหลายอย่าง ไมเ่ พียงแตค่ วามเข้ม
แสงเท่านนั้ ยงั ขึ้นกับความยาวคลนื่ แสง และช่วงเวลาท่ไี ด้รับแสงด้วย

~ 10 ~

 

รายงานวชิ า PHYS2200 ฟสิ กิ สใ์ นชีวิตประจาํ วัน 54XXXXXXXX นายรักเรยี น เพยี รศึกษา

ปัจจัยอนั ตราย: ความยาวคลื่นแสง
ความยาวคล่ืนเปน็ เร่ืองคอ่ นข้างสาํ คัญท่ีตอ้ งทําความเขา้ ใจ แม้วา่ ตาของมนษุ ย์เราสามารถเหน็ แสงทีม่ คี วามยาวคลืน่ ได้

เฉพาะช่วง 400 - 700 นาโนเมตร แตไ่ มว่ า่ แสงความยาวคล่ืนชว่ งไหน ท้งั ท่ีมองเห็นและมองไมเ่ หน็ ถา้ เขา้ ถึงตากส็ ามรารถทาํ
อันตรายอย่างมากได้

โดยทว่ั ไปแล้ว แสงในช่วง 400 - 1500 นาโนเมตร ซ่งึ ครอบคลุมชว่ งท่ีตาเรามองเหน็ และชว่ งท่ีเปน็ อนิ ฟราเรด จะสามารถ
ผา่ นเลสนต์ าเข้าไปถงึ เรตนิ าได้ ซง่ึ ช่วงที่เปน็ อนิ ฟราเรดไมว่ ่าจะมีความเข้มมากขนาดไหน เรากไ็ มส่ ามารถเหน็ ได้ แตจ่ ะสามารถ
ทําอันตรายต่อเรตินาได้ เชน่ เดียวกบั คาร์บอนไดออกไซดเ์ ลเซอร์ ทีอ่ ย่ใู นชว่ งอนฟราเรด กส็ ามารถตัดผา้ หรือเจาะหม้ได้ สว่ น
แสงในช่วงอลั ตราไวโอเลต (ความยาวคลน่ื ประมาณ 100 - 400 นาโนเมตร) แม้ว่าจะผา่ นไปถึงเรตินาไดไ้ ม่ดีเทา่ กับช่วง 400 -
1500 นาโนเมตร แตส่ ามาถทําอันตรายตอ่ แก้วตาและเลนสส์ ว่ นนอกได้ ซงึ่ จะทาํ ให้ตาบอดถาวรได้เช่นกนั

การจะเขา้ ใจรายละเอียดในเรื่องเหล่านี้ก็ต้องเข้าใจว่าตามสี ว่ นประกอบเปน็ อย่างไร และมสี มบตั เิ ชิงแสง อย่างเชน่ คา่ การ
ดดู กลนื แสง เปน็ อยา่ งไร ถ้าจะสรุปโดยง่ายกค็ ือ เลเซอร์ ไมว่ ่าช่วงความยาวคลื่นไหน ๆ ก็สามารถทําอนั ตรายต่อตามนุษย์
ถงึ ขนาดทําให้ตาบอดได้ การปล่อยเลเซอร์ชนิดท่ีเปน็ พัลสแ์ ละต่อเน่ือง ก็มีอนั ตรายแตกต่างกนั เลเซอรช์ นิดพัลส์โดยเฉพาะท่ี
มีชว่ งเวลาของพลั ส์น้อยกว่า มลิ ลิวนิ าที เพยี งแคพ่ ลั ส์เดยี วก็อาจจะทาํ ใหต้ าบอดได้ แต่ถา้ เป็นแบบต่อเน่อื งก็จะต้องใช้เวลานาน
กว่าน้ีในการทาํ อันตรายต่อตา

ปัจจัยอนั ตราย: ระยะหา่ งจากแหลง่ กาํ เนิด
ระยะห่างจากแหลง่ กําเนิดแสงเป็นอีกปจั จยั หนงึ่ ซ่ึงต้องทําความเขา้ ใจให้ดี ถ้าลําแสงเลเซอร์เขา้ ตาไมว่ ่าเราจะอยหู่ ่าง

เทา่ ใด ก็ยังมีอนั ตรายคอ่ นข้างสูง เพราะแสงทอ่ี อกจากเลเซอร์มีสมบตั ปิ ระการสาํ คญั ท่ีแตกตา่ งจากแสงจากแหล่งอ่ืนๆ คือ
แสงจะคงสภาพเปน็ ลาํ แสงค่อนขา้ งดี ไมค่ อ่ ยบานออกมากนัก ทําให้ความเขม้ แสงของแสงเลเซอร์ที่ระยะห่างต่าง ๆ จาก
เลเซอร์จะไม่แตกตา่ งกัน ถา้ เป็นกรณที ี่แสงเลเซอรไ์ ปตกกระทบหรือสะท้อนผิววัสถทุ ี่ขรุขระกอ่ น อาจทําใหแ้ สงทส่ี ะท้อน
ออกมากลดสภาพการเป็นลาํ แสงลงไปบา้ ง โดยแสงจะบานออกค่อนขา้ งเรว็ น่ันคือถ้าอยู่หา่ งจากจดุ ทีส่ ะท้อน ก็จะทําให้ลด
อันตรายจากแสงได้ เพราะแสงมคี วามเขม้ น้อยลง แต่ถา้ แสงสะท้อนจากวสั ดทุ เี่ ปน็ กระจกหรอื โลหะเรียบ ๆ ก็ยังคงมีสภาพเปน็
ลาํ แสง และมีความเขม้ สงู ซ่งึ เปน็ อนั ตรายเหมอื นกบั การมองลําแสงโดยตรงทีไ่ ม่ได้สะท้อนอะไรเลย

อันตรายตอ่ ผิวหนัง
ส่วนกรณที ี่แสงเลเซอร์ตกกระทบผวิ หนังกย็ ังมอี ันตรายอยู่ แม้วา่ จะน้อยกวา่ กรณที ีแ่ สงเขา้ ตา เพราะผวิ หนังจะสามารถ

สะท้อนแสง ไดส้ ่วนหนึ่ง และสว่ นใหญ่จะไม่ไวตอ่ แสงมากนัก แต่ถ้าความเขม้ ของเลเซอร์สงู พอ ก็อาจตดั หรอื ทะลุผิวหนงั ทาํ
ใหเ้ ปน็ แผลได้ และควรระวงั ในกรณีที่เป็นแสงเลเซอร์ทในชว่ งอัลตราไวโอเลต เพราะแสงในชว่ งน้ีสามารถทาํ ใหเ้ กิดการ
เปล่ียนแปลงในโครงสรา้ งของเซลลไ์ ด้ ซงึ่ อาจทาํ ให้เกดิ เปน็ มะเรง็ ได้

การป้องกนั อนั ตรายจากแสงเลเซอร์
จากอันตรายที่ได้กลา่ วมาแลว้ จะเห็นได้วา่ แสงเลเซอรไ์ ม่ว่าจะมีประโยชนม์ ากเพียงใด ก็ยงั สามารถเปน็ อันตรายต่อมนุษย์

ได้ ดงั นน้ั จึงควรจะตอ้ งมีความระมดั ระวงั ในการใชง้ าน ผู้ที่เก่ียวข้องควรจะมคี วามเข้าใจในเลเซอร์ท่ใี ช้อยู่ โดยสรปุ เป็นขอ้ ๆ
ไดด้ ังนี้

~ 11 ~

 

รายงานวชิ า PHYS2200 ฟิสกิ ส์ในชวี ติ ประจําวัน 54XXXXXXXX นายรกั เรียน เพยี รศกึ ษา

1. อย่าใหเ้ ลเซอรเ์ ข้าตา
คงไมม่ ใี ครอยากจะจอ้ งลาํ แสงเลเซอร์ตรง ๆ แตแ่ สงเลเซอร์อาจจะเข้าตาเราได้ โดยทเ่ี ราคาดไม่ถงึ เช่น เกิด

จากการสะท้อั น หรอื เปน็ ชว่ งทเ่ี รามองไมเ่ หน็ ดงั น้นั การปอ้ งกันทําไดด้ ังน้ี
o จัดทางเดนิ ของแสงให้เหมาะสม เช่น ไมใ่ ห้อยู่ในระดบั สายตาพอดี (ควรสูงกว่าตาหรอื ต่ํากว่าตา) พยายาม
กาํ จดั ส่งิ ตา่ ง ๆ ท่ีอาจทาํ ใหเ้ กดิ การสะทอ้ นแสงเลเซอร์มาเข้าตาโดยท่ีเราคาดไม่ถงึ
o มีเครอื่ งป้องกนั แสงสว่ นที่ไมต่ อ้ งการออกจากเลเซอร์ หรืออุปกรณ์ทีเ่ ราใช้งาน เชน่ มีฉากก้นั แสง เพ่ือกัน้
แสงทั้งท่ีสะทอ้ นหรือกนั้ ลาํ แสงโดยตรงซ่ึงอาจจะออกมาได้
o ใส่แว่นตาพิเศษ เป็นการปอ้ งกนั ที่ตัวเราเอง โดยแว่นนจ้ี ะลดความเข้มแสงลงจนอยู่ในระดบั ทไ่ี มเ่ ป็น
อนั ตรายตอ่ ตาของเรา ซึ่งแว่นตานี้กจ็ ะเป็นชนิดไหน ลักษณะอย่างไร ก็ขึ้นอยูก่ บั ความยาวคล่ืนแสงและ
ความเข้มของแสงเลเซอร์ทอ่ี อกมา ควรจะใสแ่ ว่นตานี้ทุกครง้ั ที่ทาํ ทาํ งานหรอื เขา้ ไปในบริเวณทม่ี ีการใชง้ าน
แสงเลเซอร์

ภาพตวั อย่างแว่นตาสาํ หรบั ปอ้ งกันแสงเลเซอร์
o ให้ระวงั มากขน้ึ เปน็ พิเศษถ้าเลเซอร์ทเ่ี ราใชง้ านเป็นแสงในย่านทมี่ องไม่เหน็ เช่น อินฟราเรด หรอื

อัลตราไวโอเลต เพราะแสงทีม่ องไม่เหน็ ก็ทาํ ให้ตาบอดได้
2. คิดอยู่เสมอวา่ เลเซอรเ์ ปน็ ของอันตราย ถ้าใช้ไม่ระมดั ระวงั โดยอาจปอ้ งกนั ไดด้ งั นี้

o กันบรเิ วณการใชง้ านเลเซอรอ์ อกจากบริเวณอ่นื ๆ เชน่ มีหอ้ งเป็นสัดส่วน
o มปี า้ ยเตือน ทัง้ ที่ตัวเลเซอร์ และบรเิ วณหอ้ ง หรอื สถานทใี่ ชง้ าน เพ่ือใหบ้ คุ คลทั่วไปรู้วา่ มแี สงเลเซอร์ใน

บริเวณนัน้

สญั ลักษณ์สากล เตอื นให้ระวงั อนั ตรายจากเลเซอร์

ตัวอยา่ งป้ายเตอื น เพอ่ื บอกวา่ มกี ารใชเ้ ลเซอร์ในบริเวณน้ัน

~ 12 ~

 

รายงานวิชา PHYS2200 ฟสิ กิ สใ์ นชีวติ ประจาํ วนั 54XXXXXXXX นายรักเรยี น เพยี รศกึ ษา

o สร้างจิตสํานกึ วา่ เลเซอรเ์ ป็นของอันตราย ถา้ ใชอ้ ย่างไม่ระมดั ระวงั ซง่ึ จะต้องควบคกู่ บั การสร้างความเขา้ ใจ
วา่ เลเซอรค์ อื อะไร แสงเลเซอร์มลี ักษณะพิเศษอยา่ งไร มอี นั ตรายอยา่ งไร

ระดับความอนั ตรายของเลเซอร์ (Laser Classes and Safety)
เนอื่ งจากเลเซอร์มีมากมายหลายชนิด แต่ละชนดิ ก็มหี ลายแบบ กาํ ลงั ความเขม้ ก็แตกตา่ งกนั อนั ตรายทเ่ี กิดขน้ึ จากการใช้ก็

แตกต่างกันไปมากบา้ งน้อยบา้ ง หรอื บางอันอาจจะไม่เกดิ อนั ตรายเลยแม้จะจอ้ งลําแสงสกั 5 นาที แตบ่ างชนิดเพียงแคแ่ สง
สะทอ้ นจากขอบแผน่ พลาสตกิ กอ็ าจทําใหต้ าบอดได้ ดังนั้นระดบั ของความระมัดระวงั การปอ้ งกัน ก็จะแตกตา่ งกันไป ไม่ใช่วา่
เลเซอร์ชนิดใดก็มมี าตรการปอ้ งกนั เขม้ งวดทส่ี ดุ เหมอื นกนั หมด เชน่ ถา้ ใช้ฮีเลียมนีออนเลเซอร์ ขนาด 1 ไมโครวตั ต์ ก็ไมต่ ้อง
สร้างห้องพิเศษ ไมต่ อ้ งใสแ่ วน่ ตาป้องกัน ด้วยเหตุน้ีจงึ มีการแบ่งระดบั ความอันตรายของเลเซอร์ โดยแบง่ เป็น 4 ระดับ (Class)
ดังนี้

ระดบั ท่ี 1 (Class 1)
เปน็ เลเซอร์ท่กี ําลงั น้อยมากจนถอื ได้วา่ ปลอดภยั โดยเลเซอร์ระดบั นจ้ี ะไมเ่ ป็นอันตรายต่อ ตา ผิวหนัง หรือสว่ นใดส่วนหน่งึ ของ
รา่ งกาย ซงึ่ ในการใชง้ านเลเซอร์ระดบั ชัน้ นี้ไมต่ ้องมีการควบคมุ หรือมีเคร่ืองหมายเตือน นอกจากปา้ ยตดิ ไว้ทีเ่ ลเซอร์วา่ เปน็
เลเซอร์ระดบั ท่ี 1 ตัวอยา่ งเชน่ ฮเี ลียมนีออนเลเซอรข์ นาด 1 ไมโครวัตต์

ระดบั ที่ 1M (Class 1M: Magnifier)
เลเซอรร์ ะดับที่ 1M ประกอบด้วยเลเซอร์ที่ให้กาํ ลงั มากกว่าเลเซอรร์ ะดบั ที่ 1 แตม่ ลี าํ แสงที่ diffuse นัน่ หมายถึงลําแสง
สามารถขยายออกไดโ้ ดยใชอ้ ปุ กรณ์ทางทัศนศาสตร์

เท่าทพ่ี บมา เลเซอร์ระดบั นไี้ ม่ทําใหเ้ กิดอนั ตราย

ระดบั ที่ 2 (Class 2)
เลเซอรใ์ นระดบั น้ีจะเปน็ เลเซอร์ท่กี ําลังตาํ่ และมีความยาวคล่ืนอย่ใู นชว่ งท่ีสามารถเห็นได้ (ความยาวคลนื่ ในชว่ ง 400-700 นา
โนเมตร) โดยมกี ําลงั ไม่เกนิ 1 มิลลิวัตต์ และต้องเป็น ชนดิ ต่อเนอ่ื งเท่านัน้ เลเซอร์ในระดับชน้ั นี้ไม่ได้จดั ว่าปลอดภัยเหมือน
เลเซอรร์ ะดบั ที่ 1 แตม่ อี ันตรายไม่มากนักและถ้าแสงเลเซอร์ในระดับชนั้ นเี้ ข้าตา การหลบั ตาทันทที ี่รู้ว่าแสงเขา้ ซึง่ ปกติจะเร็ว
มาก (ประมาณ 0.25 วนิ าท)ี ก็จะเป็นการป้องกนั อนั ตรายที่เพียงพอ เพราะชว่ งเวลาทรี่ ับเอาแสงจะสั้นมากจนไมเ่ ปน็ อันตราย
ตัวอยา่ งของเลเซอรใ์ นระดับที่ 2 นีไ้ ด้แก่ ฮเี ลียมนีออนเลเซอร์ที่มีความยาวคล่ืน 632.8 นาโนเมตร (สแี ดง) และมกี ําลงั ไม่เกนิ
1 มิลลวิ ตั ต์ ซ่ึงเปน็ ทนี่ ิยมใช้ในห้องทดลองระดบั ชั้นมัธยมหรือการทดลองพ้นื ฐานในระดบั มหาวิทยาลยั สาํ หรับมาตรการ
ปอ้ งกนั ทีใ่ ชค้ ือ การติดป้ายทเี่ ลเซอร์ แสดงว่าเป็นเลเซอรร์ ะดบั ที่ 2 และการมปี า้ ยเตอื น

เทา่ ท่ีพบมา เลเซอรร์ ะดับนไ้ี ม่ทาํ ให้เกดิ อันตราย แตใ่ ห้หลกี เล่ียงการจอ้ งไปที่ลาํ แสง

ระดบั ท่ี 2M (Class 2M: Magnifier)
เลเซอรร์ ะดับที่ 2M ประกอบดว้ ยเลเซอรป์ ระเภทเดียวกับในระดับท่ี 2 แต่ให้กําลงั มากกว่าเลเซอร์ระดับท่ี 2 และมลี าํ แสงท่ี
diffuse น่ันหมายถงึ ลาํ แสงสามารถขยายออกไดโ้ ดยใชอ้ ุปกรณท์ างทศั นศาสตร์

~ 13 ~

 

รายงานวิชา PHYS2200 ฟิสกิ ส์ในชวี ติ ประจาํ วัน 54XXXXXXXX นายรักเรยี น เพยี รศกึ ษา

ให้หลกี เลย่ี งการจ้องไปท่ลี าํ แสง

ระดบั ที่ 3R (Class 3R: Restricted)
ประกอบดว้ ยเลเซอร์ทง้ั ในยา่ นที่ตามองเหน็ และมองไม่เหน็

ยา่ นทต่ี ามองเหน็ (ความยาวคลนื่ ชว่ ง 400 - 700 นาโนเมตร): ประกอบดว้ ยเลเซอร์ที่มกี ําลังอย่รู ะหวา่ ง 1 มิลลวิ ัตต์ ถึง 5
มิลลวิ ัตต์

ย่านทต่ี ามองไมเ่ หน็ (เชน่ อนิ ฟราเรด และอัลตราไวโอเลต): ประกอบดว้ ยเลเซอร์ที่มกี าํ ลงั มากกว่ากําลังของเลเซอร์ระดบั ที่
1 แต่นอ้ ยกวา่ 5 เทา่ ของกาํ ลงั ของเลเซอร์ระดบั ที่ 1

ตวั อยา่ งของเลเซอรร์ ะดบั ท่ี 3R คือ เลเซอร์อารก์ อน ท่ีให้แสงสีเขยี ว มคี วามยาวคลน่ื 514.5 นาโนเมตร ทีม่ ีกาํ ลัง 5 มิลลิ
วตั ต์

อย่ามองเข้าไปในลําแสงเลเซอร์หรือแสงสะท้อนของเลเซอร์

ระดับที่ 3B (Class 3B)
ประกอบดว้ ยเลเซอรท์ งั้ ในยา่ นท่ีตามองเห็นและมองไม่เห็น

ย่านท่ีตามองเห็น (ความยาวคลนื่ ช่วง 400 - 700 นาโนเมตร): ประกอบด้วยเลเซอรท์ ่ีมกี าํ ลงั อยูร่ ะหว่าง 5 มลิ ลวิ ัตต์ ถงึ 500
มิลลิวตั ต์

ยา่ นทีต่ ามองไมเ่ หน็ (เชน่ อินฟราเรด และอลั ตราไวโอเลต): ประกอบดว้ ยเลเซอร์ที่มกี าํ ลังมากกวา่ 5 เท่าของกาํ ลงั ของ
เลเซอร์ระดบั ที่ 1 แต่ตํา่ กว่า 500 มิลลวิ ตั ต์

อยา่ มองเขา้ ไปในลาํ แสงเลเซอร์หรือแสงสะท้อนของเลเซอร์ เลเซอรท์ ่ีมกี ําลงั สงู อาจทําอนั ตรายตอ่ ผวิ หนงั ได!้

เลเซอร์ในระดับที่ 3 ทัง้ สองระดับย่อยน้ี เปน็ เลเซอร์ท่มี ีกาํ ลังปานกลาง และจะพบในห้องทดลองวจิ ยั ทั่ว ๆ ไป ซึ่งมี
อนั ตรายมากข้ึน ตอ้ งมอี ปุ กรณป์ อ้ งกัน

ระดับท่ี 4 (Class 4)
เลเซอร์ในระดบั น้ี คือเลเซอร์ทัง้ หลายท่ีไมส่ ามารถจดั อยใู่ นระดับอนื่ ๆ ข้างตน้ ได้ แตจ่ ะเป็นเลเซอรท์ ม่ี ีกาํ ลังสูงมาก (มากกว่า
5 มลิ ลวิ ตั ต)์ ลาํ แสงเลเซอรร์ ะดับนถ้ี ือว่ามีอนั ตรายตอ่ นัยนต์ าและผวิ หนงั อยา่ งย่ิง แมก้ ระทั่งลาํ แสงทีส่ ะท้อนแลว้ ก็ยังสามารถ
ทาํ อันตรายได้

ตวั อย่างเช่น เลเซอร์อาร์กอน ขนาด 2 วัตต์ หรือ นีโอดเิ มียมแย็กเลเซอร์ชนดิ พัลส์ 20 นาโนวินาที ท่ีมีความเขม้ 1 จลู ตอ่
ตารางเซนตเิ มตร โดยการใช้งานกับเลเซอรเ์ หลา่ น้ีมีมาตรการโดยทั่วไปคลา้ ยกับระดบั ที่ 3 แตจ่ ะรัดกุมย่งิ ขึน้ เช่น ต้องใชก้ ุญแจ
ในระบบควบคุมการเปิดปิดเลเซอร์

อยา่ มองเข้าไปในลาํ แสงเลเซอร์หรือแสงสะท้อนของเลเซอร!์

หมายเหตุ: กฎเกณฑใ์ นการแบง่ ระดับชน้ั ของเลเซอรม์ ีความแตกตา่ งกนั ไปตามประเทศ เชน่ อังกฤษ หรือยโุ รป ก็มีระบบหนง่ึ
ในสหรัฐอเมริกา แต่ละรัฐกอ็ าจมีระบบที่ต่างกัน แตก่ ็ตา่ งกนั เฉพาะตรงขอ้ ปลกี ย่อยเทา่ น้นั ประเด็นหลกั ต่าง ๆ ยงั คง
เหมือนกัน เช่น เลเซอรช์ นดิ พลั ส์กําลงั สงู จะเป็นระดบั ท่ี 4 เสมอ

~ 14 ~

 

รายงานวิชา PHYS2200 ฟิสกิ สใ์ นชีวิตประจําวัน 54XXXXXXXX นายรักเรยี น เพยี รศกึ ษา

ความปลอดภัยเก่ียวกับกระแสไฟฟ้าจากเลเซอร์
ถา้ หากจะมีคนเสียชวี ติ เน่อื งจากเลเซอร์ ก็คงไมใ่ ช่สาเหตุจากลาํ แสง แต่คงเปน็ เพราะถกู ไฟดูดทัง้ จากตวั เลเซอรแ์ ละทเ่ี กิด

จาก แหลง่ จ่ายไฟให้แก่เลเซอร์ ท้ังนีก้ ็เพราะเลเซอรบ์ างชนิดจะทํางานท่ีความตา่ งศักยส์ งู มากเปน็ กิโลโวลต์ และกระแสไฟมาก
พอจนสามารถทําให้เสียชีวติ ได้ เช่น เลเซอรค์ ารบ์ อนไดออกไซด์

นอกจากน้เี ลเซอร์ชนิดพัลส์ ยังมีการใชต้ วั เกบ็ ประจุทมี่ ีขนาดใหญ่มาก เพื่อทาํ หนา้ ท่ีให้พลังงานจํานวนมากในช่วงเวลาสั้น
ๆ แกห่ ลอดแฟลช ตวั เก็บประจจุ ะเป็นสาเหตุของอนั ตรายหลายอย่างที่เกิดข้นึ เช่น การไปสมั ผัสแล้วเกดิ การคายประจผุ ่านผู้
ไปสมั ผสั หรือการระเบดิ ของตวั เกบ็ ประจุ ดังนน้ั ในการทาํ งานเกีย่ วกบั เลเซอร์ อาจจะมีปญั หาหรืออันตรายจากกระแสไฟฟา้
ต้องอาศัยความระมัดระวงั

หลักในการทาํ งานท่วั ๆ ไปมดี งั น้ี
1. ในการทาํ งานเก่ียวกบั เลเซอร์ ก่อนจะจบั หรือทาํ อะไร ให้คดิ ก่อนว่ามือของเราจะไปถูกอะไรหรอื ไม่
2. เมอ่ื อยู่ในห้องของคนอนื่ ทีม่ ีการใชง้ านเกย่ี วกบั เลเซอรอ์ ยา่ คิดวา่ ทุกอย่างจะปลอดภัย เพราะอาจจะมสี ายไฟท่ีเปลือย

อยู่แต่มีไฟ ควรถามก่อนจับอะไรในหอ้ งทดลองคนอ่นื
3. จาํ ไว้เสมอว่าเลเซอร์ท่ีออกจากผผู้ ลิตและเลเซอร์ทม่ี าอยู่ในห้องของผู้ใช้ อาจมสี ภาพแตกต่างกัน เชน่ ระบบ

interlock ซึ่งเปน็ ระบบป้องกนั อาจจะถูกลดั วงจรโดยผู้ใช้ เพ่ือความสะดวกในการซ่อมแซมหรอื ปรับปรุง
เพราะฉะนั้น เมื่อเกดิ ปญั หา เลเซอรก์ อ็ าจไม่เปิดเอง เพราะไมม่ รี ะบบ interlock ท่ดี ีแล้ว
4. ไมค่ วรทาํ งานคนเดียว ถา้ ต้องทํางานกับเลเซอรก์ าํ ลงั สูง เพราะการมีเพือ่ นอยดู่ ว้ ยจะชว่ ยท้งั เตือนเราก่อนเกิดปญั หา
และช่วยเราเมื่อเกิดปญั หาแลว้
5. ถ้าเกิดปัญหาขึ้นแลว้ เชน่ เพื่อถูกไฟดดู ใหต้ ัดกระแสไฟกอ่ น แลว้ นาํ เพือ่ นออกจากสายไฟ โดยการใช้ฉนวนผลกั หรอื
ดึงเพอ่ื นออกมา ระวังอย่างให้เราถกู ไฟดูดด้วย แล้วรีบนําเพอ่ื นสง่ โรงพยาบาลทนั ที
6. ถ้าเลเซอรม์ รี ะบบหล่อเยน็ ระวังกรณที ไ่ี ฟรวั่ ลงนํา้ หรือนาํ้ รัว่ ไปหาไฟ เพราะเกดิ ขนึ้ ไดง้ ่าย โดยเฉพาะเลเซอร์ท่ีใชง้ าน
นาน ๆ ซ่ึงระบบป้องกันรว่ั ต่าง ๆ เรมิ่ เส่ือมสภาพแลว้
7. ถ้ามตี ัวเก็บประจุ อย่างลมื คายประจุก่อนทํางานต่าง ๆ ทกุ คร้ัง

เอกสารอ้างอิง

1. http://www.sc.mahidol.ac.th/scpy/Optics/basic_laser1-5.htm

ชอื่ คลิปวดิ ีโอ : Semiconductor Laser - inventor Bob Hall - YouTube

Download from : http://www.youtube.com/watch?v=B-YqLfzY6gs

~ 15 ~