เลเซอร์จิ๋วความสว่างสูงพิเศษที่สามารถหลอมเหล็กได้
(spectrum.ieee.org)- PCSEL ของทีม Kyoto University เป็นเลเซอร์ปล่อยผิวหน้าจากผลึกโฟตอนิกที่ก้าวข้ามข้อจำกัดด้านความสว่างต่ำของเลเซอร์สารกึ่งตัวนำ โดยสาธิตการตัดเหล็กได้จากอุปกรณ์ขนาด 3 มม. ด้วยความสว่างระดับเดียวกับเลเซอร์ก๊าซและไฟเบอร์
- หัวใจของสมรรถนะคือ ชั้นผลึกโฟตอนิก ภายในสารกึ่งตัวนำ ซึ่งใช้อาร์เรย์รูระดับนาโนเมตรกักแสงไว้เป็นคลื่นนิ่งสองมิติ และขยายเฉพาะโหมดพื้นฐานเพื่อสร้างลำแสงที่แรงและแคบ
- ในปี 2023 PCSEL ทำความสว่างได้ 1GW/cm²/sr, กำลังขับต่อเนื่อง 50W, เส้นผ่านศูนย์กลางการปล่อย 3 มม. และมุมกระจายลำแสง 1/20 องศา พร้อมตัดแผ่นโลหะหนา 100μm ได้
- สำหรับงานแปรรูปอุตสาหกรรม เช่น การผลิตชิ้นส่วนรถยนต์ ยังต้องการ กำลังขับระดับกิโลวัตต์ ดังนั้นการจัดเรียง PCSEL ขนาด 3 มม. จำนวน 9 ตัว หรือการขยายพื้นที่ปล่อยเป็น 1 ซม. จึงเป็นโจทย์ถัดไป
- PCSEL ความสว่างสูงไม่ได้มุ่งแค่การผลิต แต่ยังเล็งไปที่ lidar ขนาดเล็ก, การบังคับทิศทางลำแสงบนชิป, EUV lithography, ฟิวชันนิวเคลียร์ และการบินอวกาศด้วยแรงขับแสง แม้ยังต้องเพิ่มกำลังขับ ประสิทธิภาพ และการจัดการความร้อนอีกมาก
เลเซอร์ที่ Society 5.0 ต้องการ
- วิสัยทัศน์ Society 5.0 ที่รัฐบาลญี่ปุ่นเสนอในปี 2016 ครอบคลุมเทคโนโลยีอย่างการผลิตตามสั่ง การดูแลด้วยหุ่นยนต์ และแท็กซี่หรือรถแทรกเตอร์ไร้คนขับ
- เลเซอร์สำหรับสภาพแวดล้อมนี้ต้องเล็กและราคาถูกพอจะใส่ในอุปกรณ์ใช้งานประจำวันได้ อีกทั้งต้องผลิตได้ง่าย มีประสิทธิภาพพลังงานสูง และควบคุมได้แม่นยำให้เหมาะกับการปรับแต่งจำนวนมาก
- เลเซอร์สารกึ่งตัวนำได้เปรียบเรื่องขนาดและต้นทุน แต่มีข้อจำกัดใหญ่คือ ความสว่าง ต่ำ
- ความสว่างของเลเซอร์นิยามว่าเป็นกำลังแสงต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่และต่อหนึ่งหน่วยมุมตัน
- งานแปรรูปวัสดุอย่างการตัด การเชื่อม และการเจาะ ต้องการราว 1GW/cm²/sr
- ความสว่างของเลเซอร์สารกึ่งตัวนำเชิงพาณิชย์ยังต่ำกว่าระดับนี้มาก
- ใน lidar ความสว่างก็เป็นตัวชี้ขาดทั้งต้นทุนและสมรรถนะ
- หากต้องการวัดได้แม่นยำในระยะไกลหรือที่ความเร็วสูง ลำแสงต้องถูกรวมให้แคบมาก
- ปัจจุบัน lidar ระดับสูงใช้เลเซอร์สารกึ่งตัวนำมากกว่า 100 ตัวร่วมกับชุดเลนส์ที่ติดตั้งด้วยมือ จึงมีต้นทุนสูง
คอขวดของเลเซอร์แบบเดิมและเลเซอร์สารกึ่งตัวนำ
- เลเซอร์ CO₂ และเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถสร้างลำแสงความสว่างสูงพิเศษสำหรับงานอุตสาหกรรมได้ แต่มีขนาดใหญ่กว่า แพงกว่า มีประสิทธิภาพพลังงานต่ำกว่า และควบคุมยากกว่าเลเซอร์สารกึ่งตัวนำ
- เลเซอร์ CO₂ กำลังสูงอาจมีขนาดใหญ่ถึงระดับตู้เย็น
- เลเซอร์สารกึ่งตัวนำแบบเดิมมักขยายแสงตามแถบแคบของชั้นแอ็กทีฟ และปล่อยลำแสงออกจากขอบด้านหน้าของชิป
- หากต้องการเพิ่มกำลังขับ จำเป็นต้องขยายพื้นที่ปล่อยให้กว้างขึ้น แต่เมื่อแถบกว้างขึ้นจะเกิด โหมดขวางลำดับสูง ที่แสงสั่นตามเส้นทางซิกแซก
- โหมดลำดับสูงทำให้ลำแสงเป็นปื้นและกระจายออก
- ความสว่างของเลเซอร์สารกึ่งตัวนำแบบเดิมจึงติดเพดานอยู่ราว 100MW/cm²/sr
วิธีทำให้ลำแสงแคบลงด้วยผลึกโฟตอนิก
- PCSEL มีชั้นแอ็กทีฟและชั้นแคลดดิงเหมือนเลเซอร์สารกึ่งตัวนำทั่วไป แต่เพิ่ม ชั้นผลึกโฟตอนิก ที่มีรูระดับนาโนเมตรเรียงเป็นสองมิติไว้ภายใน
- ผลึกโฟตอนิกควบคุมการไหลของแสง คล้ายกับที่สารกึ่งตัวนำควบคุมการไหลของอิเล็กตรอน
- โครงสร้างอย่างรู ลูกบาศก์ หรือเสา ถูกจัดวางเป็นคาบในสเกลใกล้เคียงกับความยาวคลื่นของแสง
- เมื่อดัชนีหักเหเปลี่ยนแบบเป็นคาบ แสงที่มีบางความยาวคลื่นและบางทิศทางจะเกิดการสะท้อนและแทรกสอด
- ผลึกโฟตอนิกพื้นฐานของ PCSEL เป็นตารางสี่เหลี่ยมจัตุรัสสองมิติ
- ตัวอย่างเช่น เลเซอร์แกลเลียมอาร์เซไนด์ที่ทำงานที่ 940nm จะมีความยาวคลื่นภายในราว 280nm
- ใน PCSEL แกลเลียมอาร์เซไนด์แบบพื้นฐาน ระยะห่างระหว่างรูจึงถูกตั้งไว้ประมาณ 280nm
- อาร์เรย์ของรูทำหน้าที่เหมือนกระจกขนาดจิ๋ว คอยหักแสงไปด้านหลังและด้านข้าง และเมื่อการเลี้ยวเบนหลายชุดรวมกันจะเกิด คลื่นนิ่งสองมิติ
- ชั้นแอ็กทีฟจะขยายคลื่นนิ่งนี้
- แสงบางส่วนจะเลี้ยวเบนขึ้นและลง แล้วถูกปล่อยออกจากผิวชิปเป็นลำแสงความยาวคลื่นเดียว
- ต่างจากเลเซอร์แบบ edge-emitting เดิม PCSEL ปล่อยแสงจากผิวหน้า และด้วยพื้นที่ปล่อยที่กว้างและมักมีรูปทรงกลม จึงสร้างลำแสงคุณภาพสูงที่มีมุมกระจายต่ำได้
การออกแบบแต่ละรุ่นเพื่อเพิ่มความสว่าง
- ในปี 1998 ทีม Kyoto University สร้าง PCSEL ตัวแรก และหลังจากนั้นก็ปรับแต่งการออกแบบอย่างต่อเนื่องเพื่อการทำงานที่ความสว่างสูง
- ในปี 2014 พวกเขารายงาน PCSEL ที่ใช้ตารางสี่เหลี่ยมจัตุรัสของรูสามเหลี่ยม
- พื้นที่ปล่อย 200×200μm
- กำลังขับราว 1W ในการทำงานต่อเนื่อง
- มุมกระจายลำแสงราว 2 องศา
- แคบกว่าการกระจายมากกว่า 30 องศาที่พบได้ทั่วไปในเลเซอร์สารกึ่งตัวนำแบบเดิมอย่างมาก
- การออกแบบแบบตารางเดี่ยวจะเริ่มเกิดโหมดขวางลำดับสูงเมื่อขนาดเกินราว 200μm
- ในโหมดพื้นฐาน ความเข้มแสงจะรวมอยู่ที่ศูนย์กลาง
- ในโหมดลำดับสูง จะเกิดยอดความเข้มสอง สาม สี่ หรือมากกว่า
- เมื่อพื้นที่ปล่อยเล็ก ยอดของโหมดลำดับสูงอยู่ใกล้ขอบ ทำให้แสงรั่วออกด้านข้างและไม่เกิดการสั่น
- แต่เมื่อพื้นที่ปล่อยใหญ่ขึ้น โหมดลำดับสูงก็มีพื้นที่พอจะสั่นได้
- เพื่อป้องกันปัญหานี้ ทีมวิจัยจึงนำ ตารางคู่ มาใช้
- โดยเลื่อนตารางสี่เหลี่ยมของรูวงกลมออกจากตารางสี่เหลี่ยมลำดับที่สองของรูวงรีเป็นระยะ 1/4 ความยาวคลื่น
- แสงที่เลี้ยวเบนบางส่วนจะเกิดการแทรกสอดแบบหักล้าง ทำให้ยอดความเข้มของโหมดลำดับสูงอ่อนลงและกระจายตัว
- PCSEL เส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มม. ที่สร้างด้วยตารางคู่ให้ลำแสง 10W ในการทำงานต่อเนื่อง
- มุมกระจายลำแสงอยู่ที่ 0.1 องศา
- สว่างกว่าเพดานที่เลเซอร์สารกึ่งตัวนำแบบเดิมทำได้มากกว่า 3 เท่า
- และต่างจากเลเซอร์แบบเดิมขนาดใกล้กันตรงที่มันสั่นในโหมดเดี่ยว
การตัดเหล็กด้วย PCSEL ขนาด 3 มม.
- เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้นกว่านี้ การใช้ตารางคู่เพียงอย่างเดียวจะกดโหมดลำดับสูงได้ไม่เพียงพอ
- ทีมวิจัยจึงปรับ ตัวสะท้อนด้านหลัง โดยอาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าโหมดลำดับสูงจะเล็ดรอดออกจากเลเซอร์ในมุมเอียงเล็กน้อย
- ในรุ่นก่อนหน้า ตัวสะท้อนด้านหลังมีหน้าที่เพียงสะท้อนแสงที่เลี้ยวเบนลงด้านล่างกลับไปยังผิวปล่อยด้านบน
- แต่ด้วยการปรับตำแหน่งตัวสะท้อน รวมถึงระยะห่างและรูปทรงของรูในผลึกโฟตอนิก พวกเขาทำให้แสงที่เล็ดรอดออกมาไปแทรกสอดกับคลื่นนิ่งสองมิติในชั้นผลึกโฟตอนิก
- ยิ่งคลื่นออกไปในมุมเอียงมากเท่าไร ก็ยิ่งสูญเสียพลังงานมากขึ้น ทำให้โหมดลำดับสูงถูกตัดทิ้งแบบเลือกได้
- PCSEL ที่พัฒนาในปี 2023 ไปถึงความสว่าง 1GW/cm²/sr เทียบชั้นเลเซอร์ก๊าซและเลเซอร์ไฟเบอร์
- เส้นผ่านศูนย์กลางการปล่อย 3 มม.
- กำลังขับต่อเนื่องสูงสุด 50W
- มุมกระจายลำแสง 1/20 องศา
- อุปกรณ์นี้สาธิตการตัดเหล็กด้วยการตัดแผ่นกลมออกจากแผ่นโลหะหนา 100μm
โจทย์สู่การใช้งานอุตสาหกรรมระดับกิโลวัตต์
- แม้การสาธิตการตัดเหล็กจะน่าประทับใจ แต่หากจะแข่งขันในตลาดอุตสาหกรรม ยังต้องการกำลังขับที่สูงกว่านี้
- การผลิตชิ้นส่วนรถยนต์ต้องการกำลังแสงราว ระดับกิโลวัตต์
- PCSEL ระดับกิโลวัตต์อาจไปได้สองทาง
- จัดอาร์เรย์ PCSEL ขนาด 3 มม. จำนวน 9 ตัว
- หรือขยายพื้นที่ปล่อยของอุปกรณ์ปัจจุบันเป็น 1 ซม.
- ที่ขนาด 1 ซม. โหมดลำดับสูงอาจกลับมาปรากฏและทำให้คุณภาพลำแสงลดลง
- ถึงอย่างนั้นก็ยังอาจสร้างความสว่างได้ใกล้เคียงเลเซอร์ก๊าซและเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูง จึงอาจแทนที่เลเซอร์แบบเดิมขนาดใหญ่บางส่วนได้
- หาก PCSEL ขนาด 1 ซม. จะสร้างความเปลี่ยนแปลงได้จริง ก็ยังต้องกดโหมดลำดับสูงให้ได้
- ทีมวิจัยคิดวิธีปรับจูนละเอียดทั้งโครงสร้างผลึกโฟตอนิกและตำแหน่งตัวสะท้อนขึ้นมา
- แม้ยังไม่ได้ทดสอบในห้องแล็บ แต่แบบจำลองเชิงทฤษฎีชี้ถึงความเป็นไปได้ของความสว่าง 10~100GW/cm²/sr
ประสิทธิภาพและการจัดการความร้อน
- ในงานกำลังสูง ประสิทธิภาพพลังงาน และการจัดการความร้อนสำคัญพอๆ กับสมรรถนะ
- ก่อนการปรับแต่ง PCSEL ก็มี wall-plug efficiency อยู่แล้วที่ 30~40%
- ซึ่งสูงกว่าเลเซอร์ CO₂ และเลเซอร์ไฟเบอร์ส่วนใหญ่
- ทีมวิจัยยังพบเส้นทางที่จะเพิ่มประสิทธิภาพขึ้นถึง 60%
- เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยน้ำที่ใช้ในห้องแล็บปัจจุบัน ถูกมองว่าน่าจะเพียงพอสำหรับ 1,000W, 1cm PCSEL
lidar และการบังคับทิศทางลำแสงบนชิป
- PCSEL ความสว่างสูงยังอาจใช้ทำระบบเซนเซอร์สำหรับรถไร้คนขับและหุ่นยนต์ให้เล็กลงและถูกลงได้
- ระบบ lidar ที่สร้างขึ้นล่าสุดใช้ 500μm PCSEL
- ขับทำงานในโหมดพัลส์ที่ราว 20W
- แม้ที่ระยะ 30 เมตร ขนาดสปอตก็ยังมีเพียง 5 ซม.
- ถือเป็นความละเอียดที่ไม่ธรรมดาสำหรับระบบ lidar ขนาดเล็กที่ไม่มีเลนส์ภายนอก
- ต้นแบบมีขนาดพอๆ กับเว็บแคม และถูกติดตั้งบนรถเข็นหุ่นยนต์ พร้อมตั้งโปรแกรมให้ติดตามผู้คนและติดตามกันเองภายในอาคารวิศวกรรม
- งานวิจัยอีกชิ้นยังแสดงให้เห็นว่า PCSEL สามารถปล่อยหลายลำแสงและควบคุมให้ชี้ไปคนละทิศทางได้ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์
- ทำ การบังคับทิศทางลำแสงบนชิป ได้ด้วยการเปลี่ยนตำแหน่งและขนาดของรูในชั้นผลึกโฟตอนิก
- ในที่สุดอาจแทนที่ระบบบังคับทิศทางลำแสงเชิงกลของ lidar ได้
- หากรวมโฟโตดีเทกเตอร์ไว้บนชิปเดียวกันด้วย ก็อาจสร้างระบบนำทางแบบอิเล็กทรอนิกส์เต็มรูปแบบที่ทั้งเล็กมากและราคาถูกมากได้
เป้าหมายระยะยาวตั้งแต่ EUV ฟิวชัน ไปจนถึงแรงขับแสง
- ในระยะยาว เป้าหมายคือเลเซอร์ขนาด 3 ซม. ที่ให้ กำลังขับเกิน 10kW และความสว่างสูงสุด 1,000GW/cm²/sr
- ระดับนี้จะสว่างกว่าเลเซอร์ใดๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบัน
- PCSEL ความสว่างสูงยิ่งยวดอาจแทนที่เลเซอร์ CO₂ ขนาดใหญ่กำลังสูงที่ใช้สร้างพัลส์พลาสมาในเครื่อง EUV lithography และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตชิป
- ยังมีศักยภาพในการประยุกต์ใช้กับฟิวชันนิวเคลียร์
- เพราะฟิวชันนิวเคลียร์เกี่ยวข้องกับการยิงกำลังเลเซอร์ระดับล้านล้านวัตต์ไปยังแคปซูลเชื้อเพลิงขนาดเท่าเมล็ดถั่ว
- การบินอวกาศด้วยแรงขับแสงก็เป็นอีกการใช้งานที่เป็นไปได้
- ยานสำรวจที่ถูกเร่งด้วยแสงอาจเดินทางถึงดาวฤกษ์อันไกลโพ้นได้ภายในเวลาเพียงหลายสิบปี แทนที่จะต้องใช้เวลาหลายพันปี
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นบน Hacker News
บทความชี้ให้เห็นผลกระทบทางอุตสาหกรรมของเลเซอร์ที่ทรงพลังขึ้นและเล็กลงได้ดี แต่ก็ทำให้อยากเห็น PCSEL ลงมาถึงตลาดเวิร์กช็อปขนาดเล็กด้วย
ถ้ามีเลเซอร์ราคาถูกที่ตัดโลหะได้ที่บ้านหรือในเวิร์กช็อปเล็ก ๆ ก็น่าจะมีประโยชน์มาก แน่นอนว่าขึ้นชื่อว่าเลเซอร์ก็ยังอันตรายอยู่ไม่น้อย
เลเซอร์แค่หลอมโลหะ แต่ไม่ได้เอามันออกจากร่องตัด และโลหะบางชนิดอาจทำปฏิกิริยาในอากาศปกติแล้วกระเด็นกลับขึ้นไปทางชุดออปติกปล่อยแสงได้ ดังนั้นจึงต้องเป่าก๊าซแรงดันเข้าไปที่แนวตัดเพื่อไล่มันออก
สำหรับวัสดุบางหรือโลหะบางชนิด แค่เป่าลมอัดที่สะอาดและแห้งมาก ๆ ในปริมาณมากก็พอใช้ได้ แต่ในกรณีอื่น ๆ ต้องใช้ก๊าซที่มีปฏิกิริยา/ไม่มีปฏิกิริยาบางชนิด หรือก๊าซผสมเฉพาะ การตัดด้วยพลาสมามักใช้อากาศเป่าแนวตัดออกไป ส่วนการตัดด้วยออกซิเจนจะทำให้เกิดปฏิกิริยาด้วยออกซิเจนส่วนเกินแล้วเป่าออกไป
เลเซอร์ยุ่งยากกว่าเพราะร่องตัดแคบมาก ๆ ดังนั้น ต้นทุนวัสดุสิ้นเปลือง จึงอาจสูงกว่าที่คิด เลเซอร์ที่แรงกว่านี้บางทีก็ต้องเดินระบบออปติกในสภาพสุญญากาศอ่อน ๆ เพราะฝุ่นและพลาสมาที่เกิดจากอากาศเองจะกัดกร่อนชิ้นส่วนราคาแพง
ผลพลอยได้ก็เป็นปัญหาเช่นกัน วัสดุอินทรีย์จะแตกตัวเป็นสารคล้ายอินทรีย์สารสารพัดชนิดที่ไม่ควรสูดดมหรือปล่อยออกใกล้พื้นดินแถวเพื่อนบ้าน และถ้าไม่ทำความสะอาดผลพลอยได้จากการตัดโลหะให้บ่อยพอ ผงละเอียดอาจสะสมถึงมวลวิกฤตและกลายเป็นอันตรายมาก ไฟจากเหล็กหรืออะลูมิเนียมจะทำลายเลเซอร์ได้ และถ้าเหล็กกับอะลูมิเนียมติดไฟพร้อมกัน ก็อาจทำลายไม่ใช่แค่เลเซอร์ แต่รวมถึงแท่นรองและคอนกรีตข้างใต้ด้วย
ผมคิดว่าอุปกรณ์แบบนี้ไม่ควรมองตรง ๆ และควรใช้งานผ่าน กล้อง เท่านั้น
ถ้านำสิ่งนี้ไปผสานกับ ฟิวชันไร้นิวตรอนแบบไฮโดรเจน-โบรอน บางทีอาจผลิตไฟฟ้าโดยตรงได้โดยไม่ต้องใช้เครื่องยนต์ความร้อน
ยังอีกหลายปีกว่าจะถึงจุดนั้น แต่ก็แสดงให้เห็นเส้นทางหนึ่งที่อาจก้าวต่อไปได้
ในบทความบอกว่าวางแผนไว้ที่ 10kW หรือ 10^4W แต่เพตะวัตต์คือ 10^15W ดังนั้นตามการคำนวณยังต้องมี ศูนย์เพิ่มอีก 11 ตัว คงต้องใช้เวลาอีกสักพัก
Helion ที่บอกว่าจะเปิดเครื่องฟิวชัน-ไฟฟ้าในฤดูร้อนนี้ อาจไปถึงก่อนก็ได้
ประโยคที่ว่า “ใน Society 5.0 สินค้าผลิตตามสั่งจะเป็นไปได้” ทำให้นึกถึงแฟน ๆ The Peripheral
เอาเรื่องล้อเล่นไว้ก่อน อุปสรรคของแนวคิดนี้ก็เหมือนกับไฟ LED กำลังสูง นั่นคือ การระบายความร้อน ถ้าจะทำให้อะไรสักอย่างเย็นลง ก็ยังต้องใช้ฮาร์ดแวร์ขนาดค่อนข้างใหญ่
บทความทำให้สับสนด้วยการนำ PCSEL ไปเทียบกับเลเซอร์แบบปล่อยแสงจากขอบ
ในความเป็นจริง มันดูเหมือนเวอร์ชันปรับปรุงใหม่ของ VCSEL ที่ให้ความหนาแน่นกำลังสูงมาตั้งแต่ราว ๆ ช่วงเปลี่ยนศตวรรษ
สงสัยว่าคุณสมบัติการปล่อยแสงจากพื้นผิวแบบนี้จะทำให้ ล็อกเฟส ชิปหลายตัวได้ง่ายขึ้นหรือไม่
น่าจะมีประโยชน์มากสำหรับช่องเปิดขนาดใหญ่และการส่งพลังงานระยะไกล
หนึ่งในแอปพลิเคชันของเลเซอร์เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ประสิทธิภาพสูงคือการจ่ายพลังงานให้เครื่องบินระยะไกล ถ้าส่งพลังงานเป็นลำแสงจากสถานีภาคพื้นดินตามเส้นทางหรือฐานเลเซอร์ในอวกาศ ก็สามารถตัดเชื้อเพลิงออกไปได้หมด ทำให้มีพิสัยบินได้แทบไม่จำกัด
ถ้าสร้างอาร์เรย์ตัวปล่อยแสงที่ล็อกเฟสกันในระดับเวเฟอร์ แล้วซ้อนให้แต่ละตัวปล่อยแสงลดทอนหรือเลื่อนเฟสได้ ก็จะได้จอแสดงผลโฮโลกราฟิกสีเดียวที่ใช้ได้ทีเดียว โดยสมมติว่ามุมกระจายของตัวปล่อยแสงแต่ละตัวกว้าง
งั้น เครื่องตัดเลเซอร์ ราคาถูกสำหรับใช้ในบ้านจะตัดได้ไม่ใช่แค่ไม้ หนัง และพลาสติก แต่รวมถึงโลหะด้วยหรือเปล่า?
นึกถึงเครื่อง ASML รุ่นล่าสุดที่ปรับมุมของเลเซอร์อัลตราไวโอเลตกับเกรตติงเลี้ยวเบนเพื่อสร้างแพตเทิร์น 2D ที่สะอาดและเล็ก
สงสัยว่าการจำลองปฏิสัมพันธ์ของแสงในสเกลนี้ยากแค่ไหน ผู้เขียนต้องมีอะไรบ้างถึงจะหาแนวทางจำลองปัญหาการสเกลได้สำเร็จ แค่นักฟิสิกส์แสงระดับปริญญาเอกคนเดียวทำได้ไหม หรือเป็นงานที่บริษัทและผู้คนต้องสั่งสมความเชี่ยวชาญเป็นทีมกันหลายสิบปี
ASML ดูเหมือนต้องแก้แค่ปฏิสัมพันธ์การเลี้ยวเบนของคลื่นเดี่ยวกับมาสก์ แต่ถ้าจะจำลอง คลื่นนิ่ง และโหมดลำดับสูง คงต้องใช้คณิตศาสตร์มากกว่านั้นมาก และถ้าผลเฉลยของแต่ละปฏิสัมพันธ์เป็นแบบความน่าจะเป็น ก็ยังสงสัยว่ามันทำได้จริงไหม
ยังสงสัยด้วยว่าคำตอบที่ใช้ได้จริงอาจถูกจำกัดเป็นส่วนใหญ่โดยโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถสร้างได้ เช่น ประเภทของฟีเจอร์อย่างรูหรือไม่
เอาไปใช้กับ การพิมพ์ 3D ได้ไหม?
หมายถึงให้เลเซอร์แต่ละตัวในอาร์เรย์ทำงานเหมือนพิกเซล แล้วเลื่อนชั้นผงวัสดุเพื่อสร้าง 3D โครงสร้างนี้จะเร็วกว่าเครื่องพิมพ์ 3D ปัจจุบันได้ไหม?
แบบหลังถ้าเติมสารให้สี ก็พิมพ์พลาสติก 3D แบบสีเต็มได้ด้วย
คำค้นคือ “Laser powder bed fusion” ต้องแยกจากชื่อการค้า “Direct Metal Laser Sintering” ที่มีคนชี้ไว้ด้านล่าง
https://www.3dsourced.com/guides/direct-metal-laser-sinterin...
แต่ไม่แน่ใจว่าแหล่งกำเนิดแสงมีผลหรือช่วยเพิ่มความเร็วได้มากแค่ไหน
จะเป็นไปได้ไหมที่ใครสักคนถือเลเซอร์แบบนี้แล้วตัดคนออกเป็นสองท่อน
แม้จะเน้นการใช้งานในอุตสาหกรรม แต่ดูเหมือนเป็น เทคโนโลยีใช้ได้สองทาง จึงน่าจะต้องมีการกำกับดูแล
บทความเกี่ยวกับ Society 5.0 นี้ไม่ได้พูดถึงเลเซอร์เลย มีใครรู้ไหมว่าทำไมเลเซอร์กำลังสูงมากจึงสำคัญต่อแผนอนาคตนี้เป็นพิเศษ?
https://www8.cao.go.jp/cstp/english/society5_0/index.html
https://www8.cao.go.jp/cstp/kihonkeikaku/5basicplan_en.pdf
ในเอกสารนั้นระบุลำดับความสำคัญของแผนนี้ไว้ เช่น วิทยาการหุ่นยนต์ เซนเซอร์ แอคชูเอเตอร์ เทคโนโลยีชีวภาพ อินเทอร์เฟซมนุษย์ วัสดุและนาโนเทคโนโลยี รวมถึง เทคโนโลยีแสงและควอนตัม ถ้าใช้จินตนาการสักหน่อย ก็พอนึกออกว่าเลเซอร์ที่ราคาถูก ทรงพลัง และมีขนาดเล็ก จะช่วยแต่ละด้านได้อย่างไร
หรือพูดแบบธรรมดากว่านั้น เป็นไปได้สูงว่านักวิจัยแค่พยายามเชื่อมโยงผลลัพธ์ของตนเข้ากับลำดับความสำคัญทางการเมืองในขณะนั้น เพื่อทำให้งบวิจัยดูมีเหตุผล