นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 193 มีนาคม - เมษายน 2558

6 / 62

ภายใน Lamp Control ของโคมไฟด้านบน ให้ผู้เรียนลอง
ปรับให้โฟตอนที่ปล่อยออกมามีสีเดียวกับสีของระดับพลังงาน
ที่ 3 ใน Lamp Control ด้านข้าง ให้ปรับให้โฟตอนมีสีเดียวกับ
สีของระดับพลังงานที่ 2 จากนั้นปล่อยให้แอนิเมชันแสดงผล
ประมาณ 30 วินาที สังเกตสิ่งที่เกิดขึ้น และอภิปรายกับสมาชิก
ในกลุ่ม บันทึกผลการสังเกตและการอภิปรายในใบกิจกรรม
ตัวอย่างผลการอภิปราย เมื่ออะตอมมีระดับพลังงาน 3
ระดับ โคมไฟด้านบนที่ให้โฟตอนที่มีพลังงานตรงกับระดับ
พลังงานที่ 3 จะท�ำให้อะตอมอยู่ในสภาวะถูกกระตุ้นในระดับ
พลังงานที่ 3 ซึ่งภายในเวลาไม่นาน อะตอมดังกล่าวจะเกิด
การปล่อยที่เกิดเอง เพื่อลงไปอยู่ในระดับพลังงานที่ 2 จากนั้น
อะตอมดังกล่าวจะกลับไปสู่สถานะพื้นฐานได้ 2 ทาง คือ
เกิดการปล่อยที่เกิดเอง แล้วกลับเข้าสู่สถานะพื้นฐาน หรือ
เกิดการปล่อยที่เกิดจากการกระตุ้นด้วยโฟตอนที่มาจากโคมไฟ
อีกอันที่อยู่ด้านข้าง ซึ่งโฟตอนที่ถูกปล่อยออกมาจากการได้รับ
การกระตุ้นด้วยโฟตอนของโคมไฟด้านข้าง จะมีความถี่ (สี) และ
ทิศทางการเคลื่อนที่ในทิศทางเดียวกับโฟตอนที่มากระตุ้น
ผู้สอนให้ความรู้เพิ่มเติมว่า การปล่อยโฟตอนของอะตอมเพื่อ
กลับเข้าสู่สถานะพื้นฐานซึ่งเกิดจากการกระตุ้นด้วยโฟตอนอีกตัว
ในลักษณะที่ผู้เรียนสังเกตได้จากแอนิเมชันข้างต้น เรียกว่า
“การปล่อยโดยการกระตุ้น” (stimulated emission)
จากนั้น ให้ผู้เรียนคลิกที่ปุ่ม Enable mirrors โดยให้ปรับ
สัดส่วนการสะท้อนแสง ของกระจกเป็น 95 % แล้วให้ผู้เรียน
สังเกตสิ่งที่แอนิเมชันแสดงประมาณ 1 - 2 นาที และอภิปราย
กับสมาชิกในกลุ่มถึงสิ่งที่เกิดขึ้น (3 นาที)
ตัวอย่างผลการอภิปราย การใช้กระจกท� ำให้โฟตอนที่ถูก
ปล่อยออกมาจากอะตอม มีการเคลื่อนที่ในลักษณะเป็นกลุ่มก้อน
ที่เป็นระเบียบมากขึ้น และ เคลื่อนที่ในทิศทางเดียวกับแกนของ
โพรงเลเซอร์ ส่งผลให้แสงเลเซอร์ที่จะถูกสร้างขึ้น มีความเป็น
อาพันธ์ (coherent) และเป็นล�ำของแสงที่มีทิศทางเดียวแน่นอน
(collimated) และ เมื่อมีการปรับสัดส่วนการสะท้อนแสงของ
กระจกให้เป็น 95% โฟตอนบางตัวจะสามารถผ่านกระจกออก
สู่ภายนอกโพรงเลเซอร์ได้
จากนั้นผู้สอนให้ผู้เรียนอภิปรายร่วมกันกับสมาชิกในกลุ่ม
เพื่อตอบค�ำถามว่า “การที่อะตอมมีระดับพลังงาน 3 ระดับมี
ประโยชน์อย่างไรกับกระบวนการสร้างแสงเลเซอร์” ให้ผู้เรียน
บันทึกข้อสรุปที่ได้จากการอภิปรายลงในใบกิจกรรม (5 นาที)
ตัวอย่างผลการอภิปราย เนื่องจาก การจะสร้างแสงเลเซอร์
ได้ ต้องมีการท�ำให้อะตอมเกิด การปล่อยโดยการกระตุ้น การที่
อะตอมมีระดับพลังงาน 3 ระดับ ช่วยให้โอกาสที่อะตอมจะเกิด
การปล่อยโดยการกระตุ้นมีมากกว่าการที่อะตอมมีเพียงระดับ
พลังงาน 2 ระดับ
เมื่อผู้เรียนได้ข้อสรุปเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างจ�ำนวน
ของระดับพลังงานกับกระบวนการให้ก�ำเนิดแสงเลเซอร์แล้ว ให้
ผู้เรียนพิจารณาการสร้างแสงเลเซอร์ด้วยอะตอมหลายอะตอม
โดยคลิกที่ Multiple Atoms (Lasing) ดังแสดงในภาพที่ 5
จากนั้น เมื่อผู้เรียนได้บันทึกวิธีการที่ตกลงกันไว้เรียบร้อย
แล้ว ให้ด� ำเนินการปฏิบัติตามขั้นตอนของกลุ่มตนเอง โดยใน
แต่ละขั้นตอนให้สังเกตสิ่งที่เกิดขึ้นในแอนิเมชัน และบันทึกผล
การสังเกตในใบกิจกรรม (5 นาที)
ตัวอย่างวิธีการสร้างแสงเลเซอร์ด้วย PhET Simulator
1.เลือก Tab ด้านบนที่มีค�ำว่า Multiple Atoms (Lasing)
2.เลือกระดับพลังงาน 3 ระดับ โดยคลิกที่วงกลมหน้าค� ำว่า
Three ในช่อง Energy Levels
3.ปรับให้ชั่วชีวิต ของระดับพลังงานที่ 2 มากที่สุด
4.ปรับให้สีของโฟตอนจากโคมไฟตรงกับสีของระดับพลังงาน
ที่ 3
5.ติดตั้งกระจกที่ปลายทั้งสองของโพรงเลเซอร์ โดยคลิกที่
ช่อง Enable Mirrors และปรับค่า Mirror Reflectivity เป็น
95%
6.ปรับความเข้มของแสงที่ปล่อยออกมาจากโคมไฟ เพื่อให้
จ� ำนวนอะตอมที่อยู่ในสภาวะถูกกระตุ้นที่ระดับพลังงานที่ 2
มีมากที่สุด ดังแสดงในภาพที่ 6
ผู้สอนให้ผู้เรียนอภิปรายร่วมกันกับสมาชิกในกลุ่มว่า ในกรณีที่
จ� ำนวนของอะตอมตัวกลางส�ำหรับให้ก�ำเนิดแสงเลเซอร์มีหลาย
อะตอม ผู้เรียนจะต้องมีการปรับค่าตัวแปรใดบ้างใน Simulator
และจะต้องปรับในลักษณะใด เพื่อให้ simulator ให้ก�ำเนิดแสง
เลเซอร์จ� ำลอง และเมื่อสมาชิกในกลุ่มได้ข้อตกลงของวิธีการ
ด� ำเนินการในการสร้างแสงเลเซอร์จ�ำลองแล้ว ให้บันทึกวิธีการ
ของการปรับค่าแต่ละขั้นตอนในใบกิจกรรม พร้อมให้เหตุผล
ประกอบว่า เพราะเหตุใด จึงต้องปรับค่าของตัวแปรนั้น ๆ ใน
ลักษณะดังกล่าว (5 นาที)
ภาพที่ 5 โปรแกรม PhET Simulator แสดงส่วนประกอบของการให้ก�ำเนิดแสง
เลเซอร์ด้วยอะตอมหลายอะตอม
(ที่มา: PhET Interactive Simulations, University of Colorado, http://phet.
6
นิตยสาร สสวท.