มีสารไวต่อแสงอีกอย่างหนึ่งคือแคดเมียมซัลไฟด์ ใช้ทำความต้านทาน เรียกว่า ไลท์ดีเพน- เดนต์รีซิสแตนซ์ (Light dependent resistance) เรียกย่อว่า แอลดีอาร์ (LDR) เมื่อแอลดีอาร์ ถูกแสง สว่างจะทำให้ความต้านทานลดลง จึงใช้แทนโฟโตเซลล์ ในวงจรอัตโนมัติต่างๆ ได้
วงจรที่ใช้จริงๆ มักจะยุ่งกว่าที่กล่าวมาแล้วดังแสดงให้ดูในภาพบน
เมื่อแสงส่องถูก แอลดีอาร์ จะทำให้กระแสไฟไหลจากแหล่งจ่ายไฟไปหมุนมอเตอร์ เมื่อ ไม่มีแสง มอเตอร์จะหยุดหมุน
แสงมืด (invisible light) แสงมืดคือแสงที่ทะลุผ่านวัตถุไปหมดไม่สะท้อนกลับเลย จึงไม่ ทำให้ตาเรามองเห็นวัตถุที่แสงมืดตกกระทบ
แสงเหล่านี้ คือ รังสีเอกซ์ และแสงเลเซอร์
การใช้ประโยชน์รังสีเอกซ์
ก. ใช้ในการแพทย์ เพื่อตรวจอวัยวะภายในของคนไข้ เช่น ตรวจปอด ตรวจกระดูก วิธีตรวจ คือ ฉายรังสีเอกซ์ผ่านอวัยวะ ที่ต้องการตรวจไปบนจอ หรือฟิล์ม จะได้รูปบนจอหรือบน ฟิล์ม เมื่อเปรียบเทียบรูปที่ได้ของคนไข้ และของผู้มีสุขภาพดี ก็จะเห็นข้อแตกต่าง
การฉายภาพรังสีเอ๊กซ์ ช่วยให้สามารถมองเห็นกระดูกที่หักภายใน
ข. ใช้ในอุตสาหกรรม เช่น ใช้ตรวจรอยร้าว (crack) ของโลหะต่างๆ โดยฉายรังสีเอกซ์ ผ่านโลหะที่ต้องการตรวจไปบนจอ ถ้าวัตถุนั้นร้าวภายใน จะเห็นเป็นรอยในภาพที่ปรากฏบนจอ
แสงเลเซอร์
แสงเลเซอร์ตรงกับภาษาอังกฤษว่า LASER ซึ่งเป็นคำย่อของ light amplification by stimu- lated emission of radiation โดยนำอักษรตัวหน้าของคำภาษาอังกฤษทั้ง ๕ คำมาเรียงกัน
มีความหมายว่า เป็นแสงที่ได้จากการกระตุ้นให้เกิดการแผ่รังสี
เราคุ้นเคยกับแสงจากหลอดไฟ้ฟา และหลอดเรืองแสงจากก๊าซซึ่งเกิดจากการให้พลังงาน ไฟฟ้าแก่หลอดไฟ อิเล็กตรอนในปรมาณูของก๊าซหรือไส้หลอดไฟจะปล่อยพลังงานแสง (ซึ่งจะ อธิบายละเอียดต่อไป) ออกมา อิเล็กตรอนแต่ละตัวในปรมาณูจะทำหน้าที่เหมือนเครื่องทำคลื่นตัว เล็กๆ (tiny oscillator) ปล่อยคลื่นแสงออกมา เรียกว่า ต่างคนต่างทำไม่พร้อมกัน และปล่อยแสง ออกมาคนละทิศละทาง แสงจึงไม่เข้มเท่าที่ควร
คน ๕ คนดึงก้อนหินคนละทาง
ขอเปรียบเทียบให้เห็นซัดด้วยการฉุดก้อนหิน คน ๕ คน ลากก้อนหิน ดึงไปคนละทิศละทาง หินไม่เขยื้อน คน ๕ คนออกแรงพร้อมกันดึงหินไปทิศเดียวกัน หินจะเขยื้อน
ถ้าสามารถกระตุ้นให้อิเล็กตรอนทั้งหมดสั่นพร้อมกัน และให้ปล่อยพลังงานแสงออกมา พร้อมกัน (temporal coherence) และทิศทางเดียวกัน (spatial coherence) จะได้พลังงานเข้มมาก อาจจะไชของแข็งๆ เช่น เพชร ได้
ซี เอช เทานส์ (C.H. Townes) ได้ตั้งข้อสังเกตเมื่อ พ.ศ. ๒๕๐๑ ว่า อาจทำให้เครื่องทำ คลื่น (oscillator) เหล่านี้ (หมายถึงอิเล็กตรอน) มีเฟส (phase) คงที่ได้ด้วยการกระตุ้น โดยใช้ คลื่นที่มีความถี่เดียวกับคลื่นรังสีที่จะทำให้มันแผ่ออกมา
มีผู้เปรียบเทียบลำแสงให้เหมือนกระแส (ลำธาร) ของละอองที่ไม่ที่มีตัวตนและน้ำหนัก ซึ่งจะเรียก ว่า โฟตอน (photons) ไหล หรือพุ่งด้วยความเร็วของแสง ละอองแต่ละชิ้นต่างก็มีพลังงานในตัว มีค่า hf จูล E = hf
E คือพลังงาน หน่วยเป็นจูล
h คือตัวคงที่ (Planck's constant)
f คือความถี่ในการแผ่รังสี
ปี พ.ศ. ๒๔๕๖ นีลส์ บอห์ร (Niels Bohr) ได้ตั้งทฤษฎีควันตัม (quantum theory) เป็นทฤษฎี ที่ว่าด้วยการแผ่รังสีพลังงาน ออกมาเป็นชั้นๆ ได้เสนอแบบจำลอง (quantized model) ของปรมาณู ของไฮโดรเจน ดังรูปซึ่งประกอบด้วยแกนกลางคือนิวเคลียสมีประจุบวก และอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุ ลบวิ่งอยู่รอบๆ E1, E2, E3, E4, และ E5 เป็นชั้นต่างๆ ที่อิเล็กตรอนจะวิ่ง ถ้าไม่มี พลังงานจากภายนอก (เช่น ความร้อน แสง ฯลฯ) มารบกวน อิเล็กตรอนจะวิ่งอยู่ที่ชั้น E1 ด้วยแรงดึงดูด ระหว่างประจุบวกของนิวเคลียสและประจุลบของอิเล็กตรอนเท่ากับแรงเหวี่ยงขณะที่อิเล็กตรอนวิ่ง รอบวง มันจึงอยู่ในสภาพสมดุลและอยู่ในฐานะที่มั่นคง (stable state) และชั้น E1 เป็นชั้นที่มี ระดับพลังงานต่ำที่สุด (ground state)
แผนภาพปรมาณูของไฮโดรเจน แสดงการกระโดดของอิเล็กตรอนจากระดับพลังงานหนึ่งไปยังอีกระดับพลังงานหนึ่ง แล้วแผ่รังสีออกมา
ถ้าอิเล็กตรอนได้รับพลังงานจากภายนอก เช่น แสง ความร้อน มันจะโดดไปอยู่ชั้นอื่นซึ่งมี ระดับพลังงานสูงเรียกว่า อิเล็กตรอนถูกสูบ (pump) ขึ้นไป
แผนภาพแสดงการปล่อยพลังงานเป็นรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดคลื่น
เมื่อพลังงานจากภายนอกหายไป มันจะคงอยู่ที่ชั้นนั้นด้วยเวลาสั้นมาก สั้นกว่า ๑๐-๘ วินาที เวลาที่มันคงอยู่ในชั้นระดับพลังงานสูงนี้ เรียกว่า อายุ (Lifetime) เมื่อหมดเวลานี้แล้วมันจะโดดกลับ มาอยู่ในชั้น E1 ตามเดิม
แต่เมื่ออิเล็กตรอนโดดไปอยู่ในชั้นบางชั้น อาจคงอยู่ในชั้นนั้นนานกว่าปกติ เช่น เป็น ๑๐๐,๐๐๐ เท่าของอายุปกติ จึงเรียกว่า อิเล็กตรอนขณะอยู่ชั้นนี้เกือบมั่นคง (metastable state meta เป็นภาษากรีกมีความหมายว่า ระหว่างทาง การผ่านไป)
แต่อย่างไรก็ตาม อิเล็กตรอนจะไม่คงอยู่ในระดับเกือบมั่นคงนี้ ผลที่สุดก็ตกลงมาอยู่ใน ระดับมั่นคงตามเดิม และจะปล่อยพลังงานโฟตอนออกมา มีความถี่สูง และมีความเร็วเท่ากับ ๓๐๐,๐๐๐ กิโลเมตรต่อวินาที
อิเล็กตรอนถูกสูบขึ้นไปอยู่ในระดับสูงนี้ เมื่อตกลงมาสู่ระดับต่ำจะไม่พร้อมกัน ต่าง ตัวต่างตกและต่างก็ให้พลังงานออกมามีความถี่ต่างๆ กัน และส่งไปคนละทิศละทาง เรียกว่าไม่สัมพันธ์กัน
ขณะที่อิเล็กตรอนถูกสูบขึ้นไปนี้ เราไม่ปล่อยให้มันตกลงมาระดับต่ำเอง แต่ใช้พลังงานโฟตอนจำนวนน้อยๆ และมีความถี่ ที่ต้องการส่งเข้าไปกระทุ้งให้อิเล็กตรอนร่วงลงมาสู่ระดับต่ำพร้อมๆ กัน อิเล็กตรอนเหล่านี้ จะให้พลังงานโฟตอนออกมาพร้อมกัน เป็นจำนวนมาก และมีความถี่เดียว กับพลังงานโฟตอนที่ใช้กระทุ้ง และเคลื่อนที่ไปในทิศเดียวกับโฟตอนที่ใช้กระทุ้ง
นี่เป็นการขยายหรือเพิ่มพลังงานจำนวนน้อยให้เป็นมากและเข้ม
ความรู้และสมมุติฐานดังกล่าวแล้วก่อกำเนิดแสงเลเซอร์
ส่วนประกอบของเครื่องทำเลเซอร์
เครื่องชนิดนี้ประกอบด้วยแท่งทับทิม ที่ปรุงขึ้นจากอะลูมิเนียมออกไซด์กับโครเมียม เป็นรูปทรงกระบอกมีเส้นผ่าศูนย์กลาง ๑/๒ นิ้ว ยาว ๒ ถึง ๘ นิ้ว ปลายทั้งสองขัดให้เรียบและฉาบเงินเพื่อให้เป็นกระจกเงา ปลายข้างหนึ่งฉาบเงินโดยทั่ว ส่วนปลายอีกข้างหนึ่งฉาบเงินไม่หมด เว้นช่องตรงกลางให้แสงผ่านได้