โฟตอนิกส์

โฟโตนิกส์ (อังกฤษ: photonics) คือวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของการสร้างและควบคุมแสง (โฟตอน) โดยเฉพาะในช่วงสเปคตรัมที่มองเห็นและอินฟราเรด การประยุกต์ใช้โฟโตนิกส์นั้นมักเกี่ยวข้องกับแสงเลเซอร์ ความถี่ของแสงที่ใช้งานนั้นอยู่ในช่วงร้อยเทราเฮิรตซ์

งานวิจัยทางโฟโตนิกส์โดยสังเขป

วิทยาการของโฟโตนิกส์นั้นรวมถึง การกำเนิดแสง, การเดินทางของแสง, การขยายแสง, การตรวจวัดแสง, การ modulate คลื่นแสง, และการ switch แสง อุปกรณ์ทางโฟโตนิกส์ได้แก่ เลเซอร์, LED, ใยแก้วนำแสง (fiber optics) และโฟตอนิกส์คริสตัล (photonic crystal) โฟตอนิกส์นั้นถูกประยุกต์ใช้อย่างมากในการสื่อสารและการประมวลผลข้อมูล

ส่วนที่เป็นวิทยาศาสตร์ของโฟโตนิกส์นั้นมีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับ quantum optics โดยเส้นแบ่งนั้นไม่ชัดเจนนัก ทั่วไปแล้วหากงานนั้นเป็นการศึกษาเพื่อทำความเข้าใจก็มักเรียกว่า quantum optics ในขณะที่งานเพื่อการประยุกต์ใช้มักเรียกว่าโฟโตนิกส์ (เช่นงานวิจัยเพื่อใช้โฟตอนแทนอิเล็กตรอนในงานอิเลคทรอนิกส์ ซึ่งเป็นที่มาของชื่อโฟตอนิกส์)

ประวัติของโฟโตนิกส์

การศึกษาโฟโตนิกส์นั้นเริ่มขึ้นในยุค 1960 หลังจากเลเซอร์ถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรก และขยายตัวออกเป็นสาขาใหญ่หลังจากใยแก้วนำแสงเริ่มถูกนำมาใช้เป็นตัวกลางในการส่งข้อมูลในยุคปี 1970

การค้นพบที่สำคัญที่สุดชิ้นหนึ่งของโฟโตนิกส์จวบจนปัจจุบันคือโฟโตนิกส์คริสตัล ซึ่งนำไปสู่ photonic crystal fibre ซึ่งเป็นใยแก้วนำแสงชนิดใหม่ ออกแบบขึ้นด้วยหลักการของโฟโตนิกส์คริสตัลและมีความสูญเสียพลังงานในเส้นใยแก้วต่ำมาก photonic crystal fibre ที่ใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรกนั้นเป็นผลงานของ Jonathan Knight, Tim Birks, และ Philip Russell ที่มหาวิทยาลัยเมืองบาธในปี 1996

อุปกรณ์โฟโตนิกส์

อุปกรณ์ที่ใช้เกี่ยวกับโฟโตนิกส์ ได้แก่ แผ่นกรองแสง กระจกเลนส์ ปริซึม เส้นใยนำแสง จอแสดงผลแบบผลึกเหลวที่กำลังเป็นที่นิยมอยู่ในขณะนี้ เกรตติ้ง(อุปกรณ์ที่ใช้ในการตรวจสอบสเปรคของแสง)สำหรับแบ่งแสงหรือแยกสีของแสงออกจากกัน อุปกรณ์ควบคุมแสงด้วยเสียงและตัวรับภาพในกล้องดิจิทัล โคมไฟสะท้อนแสงเลเซอร์ หลอดไฟแสงสว่างชนิดต่างๆ

ประโยชน์ของโฟโตนิกส์

ลำแสงหลายลำแสงสามรถเคลื่อนที่ตัดกันเองได้ โดยที่ข้อมูลภายในลำแสงไม่หายไป การที่จะให้สายไฟฟ้าหลายเส้นหรือเส้นลายวงจรหลายเส้นมาตัดกันโดยข้อมูลหรือกระแสไฟฟ้าไม่เปลี่ยนแปลงนั้นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทำไม่ได้ ข้อเด่นอีกอย่างของโฟโตนิกส์ก็คือ พื้นที่หน้าตัดของลำแสงสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ เช่น บริเวณกลางลำแสง และบริเวณขอบของลำแสง สามารถบรรจุรหัสหรือข้อมูลที่แตกต่างกันได้ ทำให้เกิดการประมวลผลและนำเข้าข้อมูลแบบขนานความเร็วสูง ซึ่งในทางอิเล็กทรอนิกส์ไม่สามารถส่งกระแสไฟฟ้าในปริมาณที่ต่างกันบนพื้นที่หน้าตัดของสายไฟฟ้าเส้นเดียวได้ ข้อสำคัญอีกอย่างก็คือ สามารถนำแสงมาใช้ตรวจจับอนุภาคหรือเซลล์ขนาดเล็ก รวมทั้งใช้ตรวจสอบและวิเคราะห์ตัวอย่างทางชีวภาพ และชิ้นงานทางวิศวกรรม โดยไม่ต้องไปสัมผัสโดยตรง ซึ่งจะช่วยลดความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับชิ้นงานนั้นได้

การประยุกต์ใช้โฟโตนิกส์

เครื่องใช้ไฟฟ้า: เครื่องอ่านบาร์โค้ด, เครื่องพิมพ์, ซีดี-รอม, วีซีดี, เครื่องเล่นซีดี, รีโมตคอนโทรล
โทรคมนาคม: การสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสง
การแพทย์: เลสิค, การผ่าตัดด้วยเลเซอร์, กล้องส่องผ่าตัด endoscopy, การลบรอยสัก
อุตสาหกรรม: การเชื่อม ตัด แกะลาย ด้วยเลเซอร์ การผลิตที่ต้องการความละเอียด และความแม่นยำสูง
เกษตรกรรม: การคัดแยกเมล็ดข้าวที่ปลอมปนคุณภาพ โดยใช้เทคนิคการคัดแยกวัตถุด้วยแสงที่มีความแม่นยำสูง
ด้านชีวภาพ:การสร้างกล้องส่องขนาดเล็กที่สามารถส่องเข้าไปตรวจสอบร่างกายโดยใช้เทคโนโลยีการจับภาพด้วยสัญญาณแสงขนาดเล็กที่ประกอบด้วยเมมส์ สแกนเนอร์ (MEMS Scanner) ทำให้สามารถใช้ส่องดูเนื้อเยื่อได้ลึกถึง 300 ไมครอน เพื่อใช้ในการตรวจหารอยโรคของมะเร็งที่เกิดอยู่ในพื้นผิวชั้นบน (Epithelial Cancers) ซึ่งเป็นชนิดที่พบมากถึง 85% ของผู้ป่วยโรคมะเร็งทั้งหมด
การก่อสร้าง: การวัดระดับและวัดระยะทาง ด้วยเลเซอร์
การทหาร: เซนเซอร์อินฟราเรด, ระบบการควบคุมและสั่งการ, การค้นหาและช่วยเหลือผู้ประสพภัย, การค้นหากับระเบิด
การบันเทิง: การแสดงเลเซอร์, เอฟเฟกต์ลำแสง, ศิลปะโฮโลกราฟี