แสงเลี้ยวได้

แสงเลี้ยวได้ในที่นี้ไม่ได้หมายถึงในกรณีที่แสงเดินทางผ่านแรงโน้มถ่วงของดวงดาวแล้วเกิดการเบี่ยงเบนเส้นทางไปจากเดินนะครับ แต่จะหมายถึงปรากฏการณ์ที่แสงเดินทางทะลุผ่าน หรือ สะท้อนที่ขอบของวัตถุ แล้วมีแสงเกิดขึ้นในบริเวณที่เราคิดว่าน่าจะเกิดเงาซะมากกว่า อันเนื่องมาจากความรู้พื้นฐานทางด้านแสงเชิงเรขาคณิตที่มีอยู่

ถ้ายังนึกไม่ออก ขอให้ดูภาพประกอบด้านล่างซึ่งเป็นภาพที่มองจากมุมบน จากรูปจะเห็นว่ามีเส้นตรงในแนวตั้งที่แสดงให้เห็นคลื่นระนาบ (Plane Wave) เคลื่อนที่จากทางซ้ายไปขวาแต่ก็จะถูกเส้นกั้นสีน้ำเงินกันไว้ไม่ให้เคลื่อนที่ต่อไป ยกเว้นบริเวณช่องว่างตรงกลาง เราสามารถสังเกตได้ว่านอกเหนือจากคลื่นที่เคลื่อนที่ตรงออกมาจากช่องว่างนั้นแล้ว ยังมีคลื่นที่มีลักษณะโค้งเคลื่อนที่ขึ้นไปด้านบน และ ลงไปทางด้านล่างของภาพด้วย

 

 [http://www.smeter.net/propagation/images/wave-diffraction-2.gif]

 วัตถุที่มีขนาดเล็กจะทำให้แสงเลี้ยวเบนได้มาก ในทำนองกลับกันแสงที่มีความยาวคลื่นยาวจะเลี้ยวเบนได้มากกว่าแสงที่มีความยาวคลื่นที่สั้นกว่า และโดยปกติแล้วปริมาณของแสงที่เลี้ยวเบนออกมาก็ขึ้นอยู่กับลักษณะของโพลาไรเซชั่นของแสง (ทิศทางการสั่นและขนาดของคลื่นสนามไฟฟ้าของแสง) วัสดุที่แสงเคลื่อนที่ผ่าน และ ลักษณะของขอบหรือรูปร่างของวัสดุที่แสงตกกระทบ ด้วย

การสาธิตเรื่องการเลี้ยวเบนของแสงในห้องเรียนทั่วไปก็จะใช้ "สลิต (Slit)" ซึ่งเป็นช่องสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีความกว้างน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร ทำให้เราเห็นแสงขาวเลี้ยวเบนออกมาเป็นแสงหลากหลายสีเมื่อมองแสงจากหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ในห้องผ่านสลิตนี้ เรายังสามารถยิงเลเซอร์พอยน์เตอร์ผ่านช่องของสลิตก็จะเห็นแสงเลเซอร์กระจายออกมาเป็นหลายๆ จุดที่มีระยะห่างกันคงที่ ระยะห่างระหว่างจุดของแสงเลเซอร์เพิ่มขึ้นเมื่อระยะห่างระหว่างสลิตกับฉากรับจุดแสงเพิ่มมากขึ้น การใช้ "สลิตคู่ (Double Slit)" ซึ่งหมายถึงเรามีช่องสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีความกว้างน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร จำนวน 2 ช่อง ห่างกันระยะหนึ่ง ก็จะทำให้แสงเลี้ยวเบนออกมาจากช่องสี่เหลี่ยมทั้งสองได้ และหลังจากนั้นแสงที่ได้ออกมาก็จะมาแทรกสอดกันอีกทีหนึ่ง

 

   แสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์กระจายออกมาเมื่อเคลื่อนที่ผ่านสลิต

                                 แสงจากเลเซอร์เลี้ยวเบนออกมาหลายลำเมื่อผ่านสลิต                              

แล้วนอกเหนือจากการใช้สลิตแล้ว เราสามารถสังเกตการณ์เลี้ยวเบนของแสงด้วยแนวทางอื่นได้หรือไม่? คำตอบคือ ได้ครับ...และผมเชื่อว่าหลายๆ คนเคยสาธิตด้วยตัวเองผ่านการเล่นในสมัยเด็ก...สิ่งนั้นก็คือ การใช้เลนส์นูนมาโฟกัสแสงจากดวงอาทิตย์ เพื่อเผากระดาษเล่น หรือ ฆ่ามดที่เดินอยู่ (อันนี้อาจจะดูพิเรนไปหน่อย) เพียงแต่ว่าจะสังเกตได้ยากหน่อยทั้งนี้ก็เพราะว่าแสงอาทิตย์นั้นประกอบด้วยแสงหลากหลายความยาวคลื่นส่งผลให้การเลี้ยวเบนของแสงเหล่านั้นทับซ้อนกันอยู่ จึงสังเกตได้ลำบาก แต่ถ้ากรองแสงให้เหลือแสงเพียงความยาวคลื่นเดียว ก็จะทำให้เห็นการเลี้ยวเบนของแสงผ่านเลนส์นูนได้ง่ายขึ้น โดยให้สังเกตที่จุดโฟกัสของแสง ซึ่งเราจะเห็นจุดแสงเข้มๆ ตรงกลาง และมีวงแหวนของแสงล้อมรอบอยู่ด้วย

 

 ถ้าเรามีกระดาษทึบแสงแล้วเจาะรูตรงกลางให้เป็นช่องสี่เหลี่ยม จากนั้นไปวางไว้หน้าเลนส์นูน การเลี้ยวเบนของแสงที่เคลื่อนที่ผ่านช่องสี่เหลี่ยมก็จะเปลี่ยนไปเป็นดังรูป

 

สิ่งใกล้ๆ ตัวอีกอย่างหนึ่งที่ทำให้แสงเลี้ยวเบนออกมาได้อย่างชัดเจนก็คือ แผ่น CD และ DVD ทั้งนี้เพราะว่าพื้นผิวภายในของแผ่นเก็บข้อมูลทั้งสองมีร่องรอยระดับไมโครเมตรอยู่มากมาย หรือที่เราเรียกลักษณะของพื้นผิวแบบนี้ว่า "เกรตติ้ง (Grating)" ดังนั้นเมื่อแสงขาวตกกระทบบนแผ่นเก็บข้อมูลทั้งสอง ก็จะทำให้แสงขาวถูกแยกออกมาเป็นสีสันสวยงาม ขึ้นอยู่กับมุมมอง และถ้าเรายิงเลเซอร์พอยน์เตอร์ลงบนแผ่นทั้งสอง ก็จะเห็นแสงเลเซอร์ถูกแยกออกมาเป็นจุดแสงจำนวนมาก ระยะห่างระหว่างจุดแสงที่ได้จากแผ่นเก็บข้อมูล DVD จะมีระยะห่างกว่าที่ได้จากแผ่นเก็บข้อมูล CD ซึ่งมีสาเหตุมาจากระยะห่างระหว่างร่องที่เป็นข้อมูล และ ขนาดของร่อง ที่อยู่บนแผ่น DVD มีขนาดเล็กกว่านั่นเอง

 

 

 รู้แล้วเอาไปทำอะไร

• กระดาษห่อของขวัญ/ปกพลาสติกเปลี่ยนสี/สติกเกอร์

  

 

• สัญลักษณ์ป้องกันการลอกเลียนแบบและกันการปลอมแปลง อย่างที่อยู่บนแสตมป์ บัตรเครดิต ธนบัตร ซึ่งนอกจากจะช่วยป้องกันการปลอมแปลงแล้วยังช่วยเพิ่มความสวยงามและมูลค่าให้กับผลิตภัณฑ์ด้วย

          

 

เกรตติ้งที่ติดอยู่บนบัตรเครดิต ธนบัตร และ แสตมป์เหล่านี้บางครั้งก็เรียกว่า "ฮอโลแกรม (Hologram)" ซึ่งไม่สามารถพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์สี หรือ ถ่ายเอกสารสีออกมาให้เหมือนได้ ทั้งนี้เพราะว่าภาพที่เราเห็นนั้นเกิดจากการเลี้ยวเบนของแสงผ่านที่ตกกระทบลงบนพื้นผิวที่ไม่เรียบระดับไมโครเมตร และการสร้างพื้นผิวเหล่านี้ก็ทำไม่ได้ด้วยวิธีการปกติที่เรารู้กัน

 

 ภาพขยาย 10000 เท่าของฮอโลแกรมชนิดหนึ่ง

• ทำแว่นขยายแบบบาง ซึ่งทำขึ้นจากแผ่นพลาสติก หรือ แก้วก็ได้ เพียงแต่มีร่องรอยเป็นวงกลมที่มีรัศมีไม่เท่ากันซ้อนทับกันอยู่ เลนส์บางลักษณะนี้เรียกว่า “Fresnel Lens”

     

• หน่วยเก็บข้อมูลความจุสูง อย่างที่บริษัท Inphase Technologies จำกัด ที่สหรัฐฯ ได้วิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ออกมา ซึ่งขณะนี้มีขนาดใกล้เคียงกับแผ่น DVD แต่เก็บข้อมูลได้ถึง 300 GB และ มีอายุการใช้งานนานเป็นสิบปี

อนึ่งในการสร้างเกรตติ้ง หรือ ลวดลายภาพบนแสตมป์ ธนบัตร บัตรเครดิต และ หน่วยเก็บข้อมูลฮอโลแกรมนี้ ต้องมีความรู้พื้นฐานเรื่องการแทรกสอดกันของแสงด้วย