Terahertz – NECTEC : National Electronics and Computer Technology Center

ทีมวิจัยเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ (TRT)

Sasiwipar Hasuk — Tue, 06 May 2025 01:20:32 +0000

ภาพรวมเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์

คลื่นเทระเฮิรตซ์ (Terahertz Waves) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ระหว่างคลื่นไมโครเวฟ (Microwave) และอินฟราเรด (Infrared) มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 30 ไมโครเมตรถึง 3 มิลลิเมตร คลื่นเทระเฮิรตซ์กำลังได้รับความสนใจมากขึ้นในวงการวิจัยเนื่องจากคุณสมบัติที่โดดเด่นหลายประการ กล่าวคือ คลื่นเทระเฮิรตซ์สามารถทะลุผ่านวัสดุที่ไม่ใช่โลหะได้หลายชนิด เช่น กระดาษ ผ้า ไม้ และพลาสติก คลื่นเทระเฮิรตซ์ไม่ทำให้โมเลกุลในร่างกายสิ่งมีชีวิตแตกตัวเป็นไอออน (Ionization) จึงปลอดภัยต่อสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้คลื่นเทระเฮิรตซ์สามารถตรวจจับสารชีวโมเลกุลที่สำคัญได้ เช่น กรดอะมิโน ยาปฏิชีวนะ และสารตั้งต้นของวัตถุระเบิด ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ เทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์จึงมีศักยภาพในการนำไปประยุกต์ใช้งานในหลายด้าน เช่น การทดสอบแบบไม่ทำลาย (Non-Destructive Testing; NDT) และการควบคุมคุณภาพ (Quality Control; QC) ในงานด้านเกษตรและอุตสาหกรรม การรักษาความปลอดภัย (Security) การสื่อสาร (Communication) และการแพทย์ (Medicine)

เพื่อเป็นการสนับสนุนการวิจัยด้านเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ในประเทศไทย ทีมวิจัยเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ (Terahertz Research Team; TRT) จึงก่อตั้งขึ้นโดยมุ่งเน้นการพัฒนาองค์ความรู้ขั้นแนวหน้า และการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีดังกล่าวในภาคการเกษตรและอุตสาหกรรม โดยทีมวิจัยได้มีความร่วมมือกับเครือข่ายพันธมิตรทั้งในประเทศและต่างประเทศ ในการขับเคลื่อนเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ให้สอดคล้องกับเป้าหมายของประเทศ

ย่านความถี่เทระเฮิรตซ์ เมื่อเปรียบเทียบกับย่านความถี่อื่นๆ

อ่านข้อมูลเพิ่มเติม : “เทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์” กับการประยุกต์ใช้งานในประเทศไทย

วิสัยทัศน์

เป็นทีมวิจัยที่พัฒนาเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ผ่านการวิจัยขั้นแนวหน้าและการพัฒนาเชิงประยุกต์ เพื่อส่งเสริมเศรษฐกิจ สังคม และความมั่นคงในระดับประเทศและภูมิภาค

พันธกิจ

วิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ โดยมุ่งเน้นการประยุกต์ใช้ที่เป็นประโยชน์ต่อการเกษตร อุตสาหกรรม สังคม และความมั่นคงของประเทศ
พัฒนาเทคโนโลยีและบริการต่าง ที่สามารถตอบโจทย์ความท้าทายในโลกจริง และสร้างประโยชน์ต่อการเกษตร อุตสาหกรรม สังคม และความมั่นคงของประเทศ
ส่งเสริมความร่วมมือกับภาครัฐและเอกชน เพื่อนำเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ไปใช้ในภาคอุตสาหกรรมและเสริมสร้างขีดความสามารถทางเทคโนโลยีของประเทศไทย

เทคโนโลยีหลัก / โจทย์วิจัย

1. การพัฒนาอุปกรณ์สำหรับเทคนิคสเปกโทรสโกปีในคลื่นย่านเทระเฮิรตซ์

ทีมวิจัยของเรามุ่งเน้นการออกแบบ การผลิต และการทดสอบอุปกรณ์สำหรับเทคนิคสเปกโทรสโกปีในคลื่นย่านเทระเฮิรตซ์ ซึ่งรวมถึงเสาอากาศแบบตัวนำเชิงแสง (Photoconductive Antenna; PCA) รวมถึงแผ่นขยายสัญญาณ Metasurface และเกรตติ้งตรวจวัดคลื่นผิวพลาสมอน (Surface Plasmon Resonance Grating; SPR Grating) นอกจากนี้ทีมวิจัยได้ใช้ซอฟต์แวร์จำลองเชิงพาณิชย์เพื่อให้ได้การออกแบบที่เหมาะสมที่สุด และทำการผลิตอุปกรณ์ขนาดเล็กเหล่านี้ในระดับไมครอน สามารถดำเนินการได้โดยใช้อุปกรณ์ภายในกลุ่มวิจัย เช่น Photomask Aligner, Reactive Ion Etcher, RF Magnetron Sputtering System เป็นต้น

1.1 เสาอากาศแบบตัวนำเชิงแสง (Photoconductive Antenna, PCA)
เสาอากาศแบบตัวนำเชิงแสง (Photoconductive Antenna, PCA) เป็นหนึ่งในชิ้นส่วนที่มีความสำคัญในอุปกรณ์วิเคราะห์สเปกตรัมสัญญาณเทระเฮิรตซ์ ดังแสดงในรูปที่ 2 เสาอากาศแบบตัวนำเชิงแสงสามารถเป็นได้ทั้งตัวส่งและตัวรับ และมีองค์ประกอบหลักเป็นสารกึ่งตัวนำและขั้วทำจากทอง เมื่อเสาอากาศถูกกระตุ้นด้วยแสงเลเซอร์ จะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในระยะเวลาสั้นๆ (10-12 วินาที) ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นในย่านความถี่เทระเฮิรตซ์ โดยเสาอากาศแบบตัวนำเชิงแสงถูกนำไปประยุกต์ใช้ในเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมสัญญาณเทระเฮิรตซ์แบบโดเมนเวลา (THz Time-Domain Spectroscopy; THz-TDS) ดังแสดงในรูปที่ 2 ที่ถูกนำมาใช้ในเทคนิคสเปกโทรสโกปีย่านเทระเฮิรตซ์ (ดูหัวข้อ 4.3.3) เพื่อตรวจวัดสเปกตรัมของสารหรือวัสดุที่สนใจ ซึ่งสเปกตรัมที่วัดได้จะมีรูปร่างแตกต่างกันตามชนิดและปริมาณของสารหรือวัสดุเหล่านั้น

องค์ประกอบและการใช้งานอุปกรณ์สำหรับเทคนิคสเปกโทรสโกปีในคลื่นย่านเทระเฮิรตซ์

ทีมวิจัยได้ทำการหารูปร่างและโครงสร้างของเสาอากาศแบบตัวนำเชิงแสงที่มีประสิทธิภาพสูงสุด พร้อมกับยกระดับการผลิตเพื่อรองรับยอดการสั่งผลิตในระดับพาณิชย์ (Mass Production) ด้วยการเสนอเทคนิคการผลิตเสาอากาศ TeraAnt Chips ซึ่งเป็นเสาอากาศแบบตัวนำเชิงแสงที่ผลิตโดยใช้กระบวนการ Electron-Beam Irradiation ที่มีจุดเด่นในเรื่องของต้นทุนที่ต่ำกว่ามาก แต่ยังให้ระดับสัญญาณเทระเฮิรตซ์ในระดับที่เทียบเท่ากับเทคนิคในปัจจุบันที่อาศัยการพัฒนาแบบการปลูกแกลเลียมอาร์เซไนด์ที่อุณหภูมิต่ำ (Low-Temperature Grown Gallium Arsenide; LT-GaAs)

1.2 อุปกรณ์ขยายสัญญาณสำหรับเทคนิคสเปกโทรสโกปี
เพื่อเพิ่มความไวและความจำเพาะของการตรวจวัด อาจมีการประยุกต์ใช้แผ่นเมตาเซอร์เฟส (Metasurface) ร่วมกับเทคนิค THz-TDS ดังแสดงในรูปที่ 2 โดยใช้โครงสร้างที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ เช่น วงแหวนแยก (Split Ring Resonator; SRR) เกรตติ้งตรวจวัดคลื่นผิวพลาสมอน (Surface Plasmon Resonance Grating; SPR Grating) โครงสร้างเหล่านี้ถูกออกแบบให้มีความถี่เรโซแนนซ์ (Resonance Frequency) เฉพาะในย่านเทระเฮิรตซ์ ซึ่งจะเกิดการเปลี่ยนแปลงของความถี่เรโซแนนซ์หรือแอมพลิจูดเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของสภาวะแวดล้อมรอบโครงสร้าง

การเปลี่ยนแปลงนี้มีความสัมพันธ์กับคุณสมบัติของตัวอย่าง เช่น ชนิดของโมเลกุล หรือความเข้มข้นของสาร โดยเฉพาะในสารชีวโมเลกุลบางชนิด เช่น น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว (Monosaccharides) โปรตีน DNA ดังนั้น โครงสร้างเมตาเซอร์เฟสดังกล่าวจึงสามารถประยุกต์ใช้เป็น เซนเซอร์ชีวภาพ (Biosensor) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ หรือในอีกกรณีหนึ่ง ยังสามารถใช้เพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของสารที่ผิว โดยวัดการเปลี่ยนแปลงของดัชนีหักเห (Refractive Index) ของสารที่สัมผัสกับพื้นผิวของเมตาเซอร์เฟส

1.3 แผ่นขยายสัญญาณสำหรับเทคโนโลยีโทรคมนาคม
แผ่นขยายสัญญาณนี้ถูกออกแบบและพัฒนาขึ้นจากองค์ความรู้ Metasurfaces โดยอุปกรณ์ดังกล่าวจะทำหน้าที่คล้ายกับอุปกรณ์ทวนสัญญาณ เพื่อเพิ่มกำลังและรวมสัญญาณให้ตกกระทบไปยังพื้นที่ที่ต้องการใช้งานหรือในบริเวณอับสัญญาณได้ ดังแสดงในรูปที่ 3 ขณะนี้แผ่นขยายสัญญาณที่พัฒนาขึ้นสามารถรองรับการใช้งานบนเครือข่าย 5G โดยอุปกรณ์ดังกล่าวถูกทดสอบภายใต้ความร่วมมือจากทั้งหน่วยงานภาครัฐและภาคเอกชน และผลการทดสอบพบว่า สามารถขยายสัญญาณให้สูงขึ้นกว่าเดิมได้ถึง 32 เท่าที่ความถี่ 26 GHz แนวคิดในการพัฒนาแผ่นขยายสัญญาณดังกล่าวสามารถต่อยอดเพื่อรองรับการสื่อสารในรูปแบบที่เหมาะสมกับความต้องการของผู้ใช้งาน หรือการสื่อสาร 6G ในอนาคตอันใกล้นี้ได้ นอกจากนี้แผ่นขยายสัญญาณที่พัฒนาขึ้นมีต้นทุนการผลิตและการติดตั้งที่ต่ำกว่าอุปกรณ์ทวนสัญญาณที่มีอยู่ในท้องตลาด มีน้ำหนักเบา และสามารถทำงานได้โดยไม่อาศัยพลังงานไฟฟ้า

การพัฒนาและการประยุกต์ใช้แผ่นขยายสัญญาณสำหรับเทคโนโลยีโทรคมนาคม

2. การพัฒนาอุปกรณ์ส่งและรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์

2.1 รับสัญญาณเทระเฮิรตซ์แบบแถว (Terahertz Array Detector)

(ซ้าย) โครงสร้าง และ (ขวา) ภาพถ่ายของตัวรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์แบบแถว

“ตัวรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์แบบแถว” ทำหน้าที่ในการรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์จากแหล่งกำเนิดสัญญาณชนิดต่างๆ โดยอาศัยเทคโนโลยีการดูดซับสัญญาณเทระเฮิรตซ์ในชั้นอภิวัสดุ (Metamaterial) และการเปลี่ยนความร้อนที่ดูดซับเป็นสัญญาณไฟฟ้าผ่านเทคโนโลยี CMOS Microbolometer สำหรับตัวดูดซับสัญญาณที่พัฒนาขึ้นนั้น มีช่วงการตอบสนองต่อความถี่ที่ 0.5–2.0 THz และมีจำนวนทั้งหมด 10 × 10 พิกเซล การผลิตตัวรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์แบบแถวนี้ สามารถใช้เครื่องมือและเทคโนโลยีของศูนย์เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ (Thai Microelectronics Center; TMEC) ซึ่งเป็นศูนย์วิจัยในประเทศไทย และตัวรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์ที่ผลิตขึ้นมีศักยภาพในการประยุกต์ใช้กับการถ่ายภาพเทระเฮิรตซ์ (THz Imaging) เพื่อใช้ในการทดสอบแบบไม่ทำลาย (Non-Destructive Testing; NDT) และการควบคุมคุณภาพ (Quality Control; QC) (ดูข้อมูลเพิ่มเติมที่หัวข้อ 3.1 – 3.2)

2.2 ระบบกำเนิดสัญญาณเทระเฮิรตซ์แบบ Smith-Purcell Radiation (SPR)
ระบบกำเนิดสัญญาณเทระเฮิรตซ์แบบ Smith-Purcell Radiation (SPR) ดังแสดงในรูป ประกอบด้วยปืนอิเล็กตรอนกระแสตรง (DC Electron Gun) ที่ได้รับการปรับแต่งให้มีขนาดกะทัดรัด สามารถสร้างลำอิเล็กตรอนพลังงาน 35 keV แบบต่อเนื่อง โดยลำอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ผ่านเกรตติงซิลิคอนเคลือบโลหะเพื่อกระตุ้นให้เกิดการแผ่รังสีเทระเฮิรตซ์

อ่านข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ : Terahertz Device : Smith-Purcell Radiation

(ซ้าย) องค์ประกอบ และ (ขวา) ภาพถ่ายของระบบกำเนิดสัญญาณเทระเฮิรตซ์
แบบ Smith-Purcell Radiation (SPR)

3. การพัฒนาเทคนิคการสร้างภาพและสเปกโทรสโกปีในคลื่นย่านเทระเฮิรตซ์

3.1 ระบบตรวจสอบคุณภาพแบบสายพานลำเลียง
ทีมวิจัยได้พัฒนาระบบตรวจสอบคุณภาพแบบสายพานลำเลียง เพื่อจำลองการตรวจวัดในสายการผลิต ดังแสดงในรูป

ภาพรวมและความสามารถของระบบตรวจสอบคุณภาพแบบสายพานลำเลียง

โดยระบบดังกล่าวจะมีสายพานที่ลำเลียงวัสดุให้ผ่านไปในบริเวณระหว่างตัวส่งและตัวรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์ เมื่อวัสดุถูกลำเลียงผ่านไปในบริเวณนั้น จะเกิดการบดบังสัญญาณที่แตกต่างกันตามคุณสมบัติของวัตถุ เช่น ชนิด ความหนา และความชื้นของวัสดุ ทำให้ค่าความเข้มสัญญาณเทระเฮิรตซ์ที่ตรวจวัดได้แตกต่างกันในแต่ละบริเวณของวัสดุ และเกิดเป็นภาพเทระเฮิรตซ์ขึ้นมา เนื่องจากสัญญาณเทระเฮิรตซ์สามารถทะลุผ่านวัสดุได้หลายชนิด และตอบสนองต่อความชื้น ระบบดังกล่าวจึงสามารถนำไปใช้ในการสร้างภาพของวัสดุซุกซ่อนภายใน หรือภาพการกระจายความชื้นภายในวัสดุ ที่ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ นอกจากนี้ ระบบดังกล่าวรองรับการแสดงผลภาพสีจากกล้องถ่ายภาพ ทำให้สามารถแสดงผลได้ทั้งภาพภายนอกและภายในวัสดุ

อ่านข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ Terahertz Imaging : สร้างภาพด้วยสัญญาณเทระเฮิรตซ์ ประยุกต์ใช้กับระบบสายพานลำเลียง

3.2 ระบบตรวจจับวัตถุซุกซ่อนภายในแบบ 3 มิติ
ระบบตรวจจับวัตถุซุกซ่อนภายในแบบ 3 มิติ พัฒนาขึ้นจากหลักการสะท้อนของคลื่นเทระเฮิรตซ์ โดยคลื่นเทระเฮิรตซ์ที่สร้างจากตัวกำเนิดสัญญาณ จะสามารถทะลุผ่านสิ่งปกคลุมที่มีส่วนประกอบเป็นผ้า กระดาษ หรือพลาสติก และเข้าไปตกกระทบบนวัตถุที่ถูกซุกซ่อนอยู่ภายใน หากวัตถุดังกล่าวมีส่วนประกอบของโลหะหรือเซรามิค ซึ่งมักจะพบในของมีคมหรือวัตถุอันตราย คลื่นเทระเฮิรตซ์ก็จะถูกสะท้อนออกมาจากวัตถุ เหล่านั้นออกมายังตัวรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์

ภาพรวมและความสามารถของระบบตรวจจับวัตถุซุกซ่อนภายในแบบ 3 มิติ

ทีมวิจัยได้นำหลักการนี้มาพัฒนาเป็นระบบตรวจจับวัตถุซุกซ่อนภายในแบบ 3 มิติ ที่ประกอบด้วยตัวส่งและรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์ กล้องถ่ายภาพ 3 มิติ และแท่นหมุนวัตถุเพื่อเก็บข้อมูลวัตถุโดยรอบ รวมทั้งทีมวิจัยได้พัฒนาซอฟต์แวร์ประมวลผลเพื่อนำข้อมูลสัญญาณสะท้อนจากวัตถุซุกซ่อนไปแสดงผลในตำแหน่งที่ถูกต้องบนภาพ 3 มิติของวัตถุได้ จากผลการทดสอบพบว่า ระบบสามารถตรวจจับวัตถุซุกซ่อนได้ดีบนวัตถุที่มีรูปร่างเป็นทรงกระบอก แต่ไม่สามารถแสดงผลตำแหน่งของวัตถุซุกซ่อนได้ถูกต้องหากวัตถุมีรูปร่างแบบอื่นที่แตกต่างจากทรงกระบอกมากเกินไป ซึ่งในปัจจุบันทีมวิจัยอยู่ในระหว่างการพัฒนาอัลกอริทึมที่แก้ไขข้อจำกัดดังกล่าว

3.3 แพลตฟอร์มเทคโนโลยีสเปกโทรสโกปี

หนึ่งในคุณสมบัติที่น่าสนใจของคลื่นเทระเฮิรตซ์ คือ ความสามารถในการตรวจวัดสารชีวโมเลกุลได้ โดยสารชีวโมเลกุลที่มีชนิดหรือปริมาณต่างกัน จะให้รูปแบบของสัญญาณสเปกตรัมในย่านความถี่เทระเฮิรตซ์ที่ต่างกัน ทีมวิจัยมีอุปกรณ์ที่สามารถเก็บสัญญาณสเปกตรัมได้ในย่านความถี่เทระเฮิรตซ์ ทั้งในแบบโดเมนเวลาและโดเมนความถี่ ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้มีความสามารถในวัดสเปกตรัมของสารชีวโมเลกุลพื้นฐานได้หลายชนิด โดยเฉพาะสารพื้นฐานที่พบในอุตสาหกรรมเกษตร อาหาร และเครื่องสำอาง รวมทั้งทีมวิจัยยังได้มีการประยุกต์ใช้เทคนิคปัญญาประดิษฐ์ เพื่อทำนายชนิดและปริมาณของสารชีวโมเลกุลจากสัญญาณสเปกตรัมที่มีความซับซ้อนได้ ดังภาพแสดงภาพรวมของแพลตฟอร์มเทคโนโลยีสเปกโทรสโกปีที่ทีมวิจัยดำเนินการอยู่

ภาพรวมของแพลตฟอร์มเทคโนโลยีสเปกโทรสโกปี และการใช้ประโยชน์

นอกจากนี้ ทีมวิจัยได้พัฒนาแพลตฟอร์มฐานข้อมูลสเปกตรัม ที่เก็บรวบรวมข้อมูลสเปกตรัมที่วัดได้จากสารชีวโมเลกุลพื้นฐาน เพื่อนำไปใช้ในการอ้างอิง วิเคราะห์ หรือสร้างโมเดลปัญญาประดิษฐ์ ในอนาคตทีมวิจัยมีแผนที่จะเปิดใช้งานระบบดังกล่าวให้กับหน่วยงานพันธมิตร เพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดในการแบ่งปันและการนำข้อมูลไปใช้งาน

4. เทคโนโลยีอื่นๆ

4.1 เทคโนโลยีไลดาร์สำหรับการสร้างแผน 3 (LiDAR 3D Mapping)
เทคโนโลยี LiDAR อาศัยการใช้แสงเลเซอร์ในย่านอินฟราเรด ในการวัดระยะทาง ณ จุดต่างๆ บนพื้นผิวของวัตถุได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ หากมีการประมวลผลข้อมูลดังกล่าวร่วมกับอุปกรณ์ระบุตำแหน่ง เช่น GPS (Global Positioning System), UWB (Ultra-Wide Band), หรือ IMU (Inertial Measurement Unit) จะช่วยให้สามารถสร้างภาพหรือแผนที่ 3 มิติที่มีขนาดใหญ่ได้ เนื่องจากแสงเลเซอร์ที่ใช้ใน LiDAR มีความยาวคลื่นสั้นและความถี่ไม่อยู่ในย่านคลื่นที่ตามองเห็นได้ เทคโนโลยี LiDAR จึงมีจุดเด่นในแง่ของความละเอียดในการวัดระยะทางอยู่ในระดับเซ็นติเมตร และสามารถในการใช้งานได้ทั้งในช่วงกลางวันและกลางคืน

ระบบสร้างภาพแผนที่ 3 มิติทั้งนอกอาคารและในอาคาร

ทั้งนี้ ทีมวิจัยได้มีประสบการณ์ในการใช้เทคโนโลยี LiDAR ในการสร้างแผนที่ทางนอกและในอาคาร ดังแสดงใน และมีการศึกษาการนำเทคโนโลยี LiDAR ในรูปแบบต่างๆ มาทำการเปรียบเทียบและวิเคราะห์ประสิทธิภาพในการสร้างภาพ 3 มิติ เพื่อเป็นข้อมูลสำหรับใช้ในการวางแผนพัฒนาระบบสร้างภาพ 3 มิติที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น มีขนาดเล็กลง สามารถพกพาได้ และเหมาะสมกับพื้นที่ทั้งในอาคารและนอกอาคารของสถานที่ทำการสำรวจ

เครื่องมือวิจัย

1. Microfabrication

Photomask Aligner
Reactive Ion Etcher
RF Magnetron Sputtering System

2. Simulation Tools

High-Performance Computer
COMSOL Multiphysics
CST Studio Suite (not sure if we should include this)

3. Terahertz Sources

0.1 THz IMPATT Diode Source
1.6-4.1 THz Quantum Cascade Laser (QCL)

4. Terahertz Detectors

FET-Based 16 x 16 Pixel THz Array Camera (pixel size = 2 mm)
FPA Microbolometer-Based 640 x 480 Pixel THz Array Camera (pixel size = 17 um)
THz Power Meter and Pyroelectric Detector

5. Terahertz Spectroscopy Systems

THz Time-Domain Spectroscopy Systems (THz-TDS)
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)

6. 3D Mapping Systems

Velodyne High-Resolution LiDAR Sensors
FLIR Blackfly S High-Resolution RGB Cameras
Intel RealSense L515 Portable LiDAR Systems

ติดต่อ

ทีมวิจัยเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ (TRT)
กลุ่มวิจัยอุปกรณ์สเปกโทรสโกปีและเซนเซอร์ (SSDRG)
ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค)
อีเมล : ssdrg-trt@nectec.or.th

ทีมเนคเทค สวทช. ได้รับรางวัล PMUC COUNTRY 1st AWARD จาก บพข. ภายในงาน “อว.แฟร์ Sci Power Thailand”

Sasiwipar Hasuk — Tue, 23 Jul 2024 11:33:24 +0000

23 กรกฎาคม 2567 ทีมเนคเทค สวทช. โดย ดร.นพดล นันทวงศ์ ผู้อำนวยการกลุ่มวิจัยอุปกรณ์สเปกโทรสโกปีและเซนเซอร์ พร้อมด้วยทีมวิจัยเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ เข้ารับรางวัล “PMUC COUNTRY 1st AWARD ครั้งแรกของไทย งานวิจัยเปลี่ยนประเทศ” จากผลงานโครงการวิจัยและพัฒนาแพลตฟอร์มเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์เพื่อยกระดับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และการตรวจวัดขั้นสูงของประเทศไทย โดยมี นางสาวสุชาดา แทนทรัพย์ เลขานุการรัฐมนตรีว่าการกระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) เป็นประธานในพิธีมอบรางวัล พร้อมด้วย รศ.ดร.ธงชัย สุวรรณสิชณน์ ผู้อำนวยการ บพข. โอกาสนี้ ศาสตราจารย์ ดร.ชูกิจ ลิมปิจำนงค์ ผู้อำนวยการ สวทช. และ ดร.กัลยา อุดมวิทิต รองผู้อำนวยการเนคเทค ร่วมแสดงความยินดี

นอกจากนี้ สวทช. ยังมีอีก 3 ผลงาน ที่ได้รับรางวัลดังกล่าว ได้แก่

– ผลงาน Winona Probio ผลิตภัณฑ์โพรไบโอติก สายพันธุ์ไทยสำหรับสตรีเจ้าแรก โดย ดร.กอบกุล เหล่าเท้ง รก.รองผอ.ไบโอเทค พร้อมด้วย คุณนพรัตน์ สุขสราญฤดี ประธานกรรมการ บริษัท วิโนน่า เฟมินิน จำกัด และ รศ.ดร.มาลัย ทวีโชติภัทร์ หัวหน้าศูนย์เพื่อความเป็นเลิศทางวิจัยด้านโพรไบโอติกส์ รองคณบดีฝ่ายวิจัย คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ
– ผลงาน EnPAT น้ำมันหม้อแปลงชนิดติดไฟยาก โดย ดร.บุญญาวัณย์ อยู่สุข จากเอ็มเทค
– ผลงาน Thailand Taste of Tomorrow โดย ดร.ปรเมษฐ์ ชุ่มยิ้ม จาก Food Innopolis

รางวัล PMUC COUNTRY 1st AWARD ซึ่งจัดโดย บพข. เป็นการมอบรางวัลให้กับผลงานวิจัยจากทุน บพข. ที่สร้าง Impact ต่อการพัฒนาเศรษฐกิจของประเทศ จากผลงานกว่า 1,600 โครงการ มีนักวิจัยและผู้ประกอบการที่ได้รับคัดเลือกรวม 13 โครงการ

ทีมเนคเทค สวทช. ร่วมแชร์ประสบการณ์วิจัยในเวทีประชุมวิชาการระดับชาติ ECTI-CARD 2023

Sasiwipar Hasuk — Thu, 27 Apr 2023 16:25:48 +0000

27 เมษายน 2566 : นักวิจัยกลุ่มวิจัยอุปกรณ์สเปกโทรสโกปีและเซนเซอร์(SSDRG) เนคเทค สวทช. ร่วมเป็นวิทยากรบรรยายพิเศษ (Keynote Speaker) ในการประชุมวิชาการระดับชาติ งานวิจัยและพัฒนาเชิงประยุกต์ ครั้งที่ 15 (ECTI-CARD 2023) ภายใต้หัวข้อ “นวัตกรรมและเทคโนโลยีสร้างสรรค์เพื่อพัฒนาชุมชนอัจฉริยะ: Innovations and Creative Technologies for Developing Smart Communities”

พิธีเปิด ECTI-CARD 2023

ดร.มติ ห่อประทุม หัวหน้าทีมวิจัยเทคโนโลยีเซนเซอร์แสงไฟฟ้าเคมี บรรยายในหัวข้อ “Nano-engineering Approaches Toward Advanced Sensor with Data Analytics Platform in the AI Era” กล่าวถึงการวิจัยพัฒนาของทีมวิจัย อาทิ Thin Film, Sensor ต่างๆ และ Gass Sensor, ชิปขยายสัญญาณรามานที่ช่วยเพิ่มศักยภาพการตรวจอัตลักษณ์ของสารเคมี ล่าสุดได้ประยุกต์ใช้ชิปขยายสัญญาณรามานในงานคัดกรองการตรวจวินิจฉัยวัณโรค ร่วมกับมหาวิทยาลัยขอนแก่น รวมทั้งการพัฒนาเซนเซอร์ ร่วมกับ Machine Learning สำหรับจำแนกสารเคมีไอระเหยง่ายร่วมกับ Chinese Academy of Sciences (CAS) ซึ่ง ดร.มติกล่าวทิ้งท้ายว่า การมี Sensor ที่ดีจะทำให้ข้อมูลที่มีคุณภาพ ส่งผลให้วิเคราะห์ข้อมูลได้ถูกต้องและสอนให้ AI ทำงานได้อย่างแม่นยำด้วย

ดร.รุ่งโรจน์ จินตเมธาสวัสดิ์ นักวิจัย ทีมวิจัยเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ บรรยายในหัวข้อ “Terahertz technology and recent advances in non-contact inspection” แบ่งปันประสบการณ์วิจัยพัฒนาเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์กับการตรวจสอบแบบไม่ทำลาย โดยได้เปรียบเทียบจุดเด่นของคลื่นเทระเฮิรตซ์เทียบกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านความถี่อื่น และพูดถึงแนวโน้มการนำไปประยุกต์ใช้ในงานตรวจสอบแบบไม่ทำลายต่างๆ เช่น ด้านการเกษตรและอาหาร ด้านอุตสาหกรรม ด้านความปลอดภัย ด้านการแพทย์ และด้านเภสัชกรรม จากนั้นจึงได้บรรยายเกี่ยวกับงานวิจัยทางด้าน THz imaging และ THz spectroscopy ที่น่าสนใจ รวมถึงงานวิจัยที่เกี่ยวข้องในทีมวิจัย ที่มีการประยุกต์ใช้องค์ความรู้ของเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ร่วมกับการวิเคราะห์ข้อมูลแบบต่างๆ เช่น การประมวลผลสัญญาณ หรือการใช้ปัญญาประดิษฐ์ เพื่อผลักดันให้เกิดใช้งานในงานตรวจสอบด้านต่างๆ เช่น การตรวจสอบความชื้นในอาหาร การค้นหาวัตถุซุกซ่อนตามร่างกายหรือในบรรจุภัณฑ์ และการตรวจสอบปริมาณสารสำคัญในผลิตภัณฑ์อาหาร เป็นต้น

ECTI-CARD 2023 เป็นการประชุมวิชาการระดับชาติที่มุ่งเป้าผลงานวิจัยที่เป็นการประยุกต์ด้านไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ คอมพิวเตอร์ โทรคมนาคม และสารสนเทศ (Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications, and Information Technology) โดยมีจุดมุ่งหมายหลักของการจัดงานเพื่อรวบรวมผลงานวิจัย บทความวิชาการ งานนวัตกรรม สิ่งประดิษฐ์และการพัฒนาเชิงประยุกต์ รวมถึงเพื่อเปิดโอกาสให้นักวิจัย ผู้พัฒนา ผู้ใช้งาน และหน่วยงานต่าง ๆ ได้มีโอกาสแลกเปลี่ยนเรียนรู้ทางวิชาการร่วมกัน อีกทั้งสามารถนำผลงานที่ตีพิมพ์ไปพัฒนาต่อยอดในระดับชาติ ระดับสากล และพัฒนาสู่ผลิตภัณฑ์ในเชิงพาณิชย์ได้ การประชุมครั้งนี้จัดโดยภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีอุตสาหกรรม มหาวิทยาลัยศิลปากร ระหว่างวันที่ 26-28 เมษายน 2566 ณ Hua Hin Grand Hotel & Plaza

รายละเอียดเพิ่มเติม : https://ecticard2023.ecticard.org/
ขอบคุณภาพจาก ECTI-CARD 2023

Terahertz Imaging : สร้างภาพด้วยสัญญาณเทระเฮิรตซ์ ประยุกต์ใช้กับระบบสายพานลำเลียง

Sasiwipar Hasuk — Wed, 08 Sep 2021 09:55:50 +0000

การสร้างภาพด้วยสัญญาณเทระเฮิรตซ์ ประยุกต์ใช้กับระบบสายพานลำเลียง ตอบโจทย์อุตสาหกรรมเกษตรและอาหาร และด้านการรักษาความปลอดภัย

บทความ : ทีมวิจัยเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์
กลุ่มวิจัยอุปกรณ์สเปกโทรสโกปีและเซนเซอร์ (SSDRG)
ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค-สวทช.)
วิดีโอ : ตุลลาวัฒน์ หอมสินธ์ ภาพปกวิดีโอ : สุตาภัทร กันยง

Terahertz Imaging : ตอบโจทย์อุตสาหกรรมเกษตรและอาหาร และด้านการรักษาความปลอดภัย

ปัจจุบันมีหลายเทคโนโลยีที่สามารถตรวจสอบวัตถุที่อยู่ภายในได้โดยไม่ต้องเปิดหีบห่อ แต่อาจต้องแลกมาด้วยการที่เนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตถูกทำลายจากการได้รับรังสี หรือไม่สามารถตอบโจทย์ความต้องการในปัจจุบันได้ เช่น การตรวจสอบความชื้นหรือสิ่งแปลกปลอมของผลิตภัณฑ์ในบรรจุภัณฑ์แบบไม่ทำลาย

ทว่าเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์สามารถก้าวข้ามข้อจำกัดเหล่านี้ ด้วยคุณลักษณะเด่นเฉพาะตัวของคลื่นที่สามารถทะลุผ่านวัสดุส่วนมากที่เป็นฉนวนไฟฟ้า (Dielectric materials) เช่น กระดาษ พลาสติก ผ้า และไม้ รวมถึงมีความสามารถใช้ในการตรวจจับและระบุชนิดของสารเคมีที่น่าสนใจ อาทิ กรดอะมิโน ยาปฏิชีวนะ หรือแม้กระทั่งสารตั้งต้นวัตถุระเบิด อีกทั้งยังมีพลังงานต่ำเมื่อเทียบกับคลื่นรังสีเอกซ์ (X-ray) จึงไม่เป็นอันตรายต่อเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต

เนคเทค สวทช. โดยทีมวิจัยเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ จึงเกิดแนวคิดในการวิจัยพัฒนาเทคโนโลยีการสร้างข้อมูลภาพดิจิทัลด้วยคลื่นเทระเฮิรตซ์แล้วนำมาประยุกต์ใช้สำหรับการตรวจสอบคุณภาพผลิตภัณฑ์บนสายพานรางเลื่อน ในงานด้านการเกษตรและอาหาร รวมถึงงานด้านการรักษาความปลอดภัย

หลักการทำงาน

ระบบสายพานลำเลียงมีความสามารถในการสร้างภาพเทระเฮิรตซ์ การผนวกภาพเทระเฮิรตซ์เข้ากับภาพสี และการหาความชื้นในผลิตภัณฑ์ที่ทำการตรวจสอบ โดยในแต่ละส่วนมีหลักการทำงานและประโยชน์ดังต่อไปนี้

1. องค์ประกอบของระบบสายพาน และหลักการสร้างภาพเบื้องต้น

รูปที่ 1 (a) ส่วนประกอบของระบบสายพานลำเลียง ที่สร้างภาพด้วยสัญญาณเทระเฮิรตซ์
(b) ภาพจริงของระบบสายพานลำเลียง

รูปที่ 1 แสดงระบบสายพานลำเลียงที่ทีมวิจัยฯ พัฒนาขึ้น ซึ่งประกอบด้วย
1) เครื่องกำเนิดสัญญาณเทระเฮิรตซ์ ที่ถูกติดตั้งอยู่เหนือสายพาน (THz source) และปล่อยคลื่นเทระเฮิรตซ์ที่ความถี่ 0.1 THz
2) เครื่องรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์แบบ 1 มิติ (THz detector) ที่ถูกติดตั้งอยู่ใต้สายพาน
3) กล้องสี 3 มิติ (RGB-D camera) สำหรับรับภาพสีและภาพความลึกของวัตถุ

เมื่อระบบสายพานลำเลียงพัสดุหรือบรรจุภัณฑ์ผ่านเครื่องกำเนิดและรับสัญญาณ คลื่นเทระเฮิรตซ์จากเครื่องกำเนิดสัญญาณจะส่องผ่านพัสดุไปยังเครื่องรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์ ซึ่งหากมีความชื้น หรือวัตถุต้องสงสัยภายในพัสดุที่สะท้อนหรือดูดกลืนคลื่นเทระเฮิรตซ์ จะทำให้คลื่นตกกระทบตัวรับสัญญาณในปริมาณน้อยลง ซึ่งหลักการความเข้มของคลื่นตกกระทบนี้เอง สามารถนำไปประมวลผลทางดิจิทัลเพิ่มเติม เพื่อให้แสดงผลบริเวณที่มีความชื้นหรือมีวัตถุต้องสงสัยได้ ดังแสดงในรูปที่ 2 และนอกจากนี้ กล้องสีจะทำการเก็บภาพสี 2 มิติของวัตถุ โดยภาพสีที่ได้จะถูกนำไปประมวลผลเพื่อให้สามารถแสดงผลภาพเทระเฮิรตซ์บนภาพสีในตำแหน่งที่ถูกต้อง ดังตัวอย่างในคอลัมน์ Visible + THz ในรูปที่ 2

รูปที่ 2 ตัวอย่างภาพที่ได้จากระบบสายพานลำเลียง ได้แก่ ภาพวัตถุต้องสงสัย (บน)
และภาพความชื้นของผลิตภัณฑ์อาหาร (ล่าง)

สำหรับระบบที่พัฒนาขึ้นนั้น สามารถตรวจสอบบรรจุภัณฑ์ที่เคลื่อนที่เร็วได้มากถึง 30 เซ็นติเมตรต่อวินาที และสามารถแสดงผลภาพได้แบบ Real-time

2. การผนวกภาพเทระเฮิรตซ์เข้ากับภาพสี

รูปที่ 3 สาธิตการสร้างภาพเทระเฮิรตซ์ 2 มิติ
โดยใช้ภาพเทระเฮิรตซ์ 1 มิติล่าสุดจำนวน n เฟรมมาเรียงต่อกัน (สีน้ำเงินในภาพแสดงวัตถุจำลอง) โดยวัตถุที่ปรากฎในภาพจะเคลื่อนที่ไปทางขวาในทุกๆ ครั้งที่มีการรับภาพเทระเฮิรตซ์ 1 มิติเข้ามาใหม่

เนื่องจากสัญญาณที่รับได้จากเครื่องรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์มีขนาด 1 มิติ ทำให้ภาพที่สร้างได้มีขนาดเพียง 1 มิติเท่านั้น การสร้างภาพ 2 มิติของวัตถุจึงต้องอาศัยการเก็บสัญญาณของคลื่นตกกระทบแบบวนซ้ำอย่างต่อเนื่องในขณะที่พัสดุเคลื่อนที่บนสายพาน เพื่อให้เก็บสัญญาณได้ครอบคลุมพื้นที่ของพัสดุ และจึงนำภาพ 1 มิติที่ได้มาเรียงต่อกันเพื่อให้ได้ภาพ 2 มิติที่แสดงรูปของวัตถุต้องสงสัยในที่สุด ดังตัวอย่างในรูปที่ 3 โดยหลักการดังกล่าวจะเหมือนกันกับที่ใช้ในเครื่องถ่ายเอกสาร

หลังจากที่ทำการสร้างภาพเทระเฮิรตซ์ 2 มิติแล้ว ภาพดังกล่าวก็จะถูกนำไปซ้อนทับบนภาพสี 2 มิติ อย่างไรก็ตาม ภาพทั้งสองชนิดนั้นไม่สามารถนำมาซ้อนทับกันได้ทันที เนื่องจากภาพแต่ละชนิดถูกเก็บในมุมมองที่แตกต่างกัน ดังนั้น จึงต้องทำการแปลงภาพเทระเฮิรตซ์ให้อยู่ในมุมมองเดียวกันกับภาพสี 2 มิติก่อน ด้วยวิธีการ Perspective transformation โดยในทางคณิตศาสตร์ Perspective transformation จะสามารถอธิบายได้ด้วย matrix ขนาด 4 x 4 มิติ ที่ใช้บรรยายมุมมองของภาพสีเทียบกับมุมมองของภาพเทระเฮิรตซ์ และ matrix ดังกล่าวสามารถคำนวณได้จากตำแหน่งที่ปรากฎของ Markers 4 จุด ทั้งในภาพเทระเฮิรตซ์และภาพสี รูปที่ 4 (a) แสดง Markers ที่ใช้ในการคำนวณหา Perspective transformation matrix และรูปที่ 4 (b) และ (c) แสดงผลลัพธ์การซ้อนทับภาพก่อนและหลังการทำ Perspective transformation ในอนาคต ทีมวิจัยฯ มีแผนที่จะนำข้อมูลความหนาของวัตถุจากกล้อง 3 มิติ มาใช้เพิ่มเติมเพื่อทำให้การซ้อนทับภาพมีความแม่นยำมากขึ้น

รูปที่ 4 (a) แสดงจุด Markers ทั้ง 4 จุด ทั้งในภาพเทระเฮิรตซ์และภาพสี
(b), (c) แสดงผลการซ้อนทับภาพก่อนและหลังการแก้ไขการบิดเบือนของภาพ โดยใช้ Perspective transformation matrix ที่คำนวณได้จากข้อมูลตำแหน่งของ Markers ทั้ง 4 จุด ในภาพเทระเฮิรตซ์และภาพสี

เนื่องจากภาพเทระเฮิรตซ์ 1 มิติที่เก็บมาในแต่ละครั้ง จะถูกนำไปต่อท้ายภาพ 2 มิติทางด้านซ้าย พร้อมๆ กับการที่ภาพ 1 มิติที่อยู่ทางด้านขวาสุดถูกลบทิ้งไป จึงทำให้เห็นภาพปรากฎเป็นวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ไปทางขวา ซึ่งหากสังเกตให้ดีจะพบว่า อัตราการเก็บข้อมูลของเครื่องรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์ (Frame rate) มีผลต่อความเร็วของวัตถุที่ปรากฎในภาพเทระเฮิรตซ์ 2 มิติ โดยการเพิ่มอัตราการเก็บข้อมูลของเครื่องรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์จะทำให้วัตถุที่ปรากฎในภาพเคลื่อนที่เร็วขึ้น ปัจจัยนี้เองทำให้ความเร็ววัตถุที่ปรากฎในภาพเทระเฮิรตซ์ต่างจากความเร็ววัตถุที่ปรากฎในภาพสี และทำให้การซ้อนทับภาพมีความคลาดเคลื่อนมากขึ้น โดยความคลาดเคลื่อนจะแตกต่างกันตามตำแหน่งของวัตถุในภาพ ดังนั้น การปรับอัตราการเก็บข้อมูลของเครื่องรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์ (Frame rate) เพื่อให้ความเร็ววัตถุที่ปรากฎในภาพทั้งสองชนิดใกล้เคียงกัน จึงเป็นสิ่งที่จำเป็นก่อนการซ้อนทับภาพ เพื่อลดความคลาดเคลื่อนดังกล่าว

3. การคำนวณหาความชื้นในผลิตพันธ์ตัวอย่าง

อีกหนึ่งความสามารถของระบบสายพาน คือ การคำนวณหาความชื้นในผลิตภัณฑ์ตัวอย่าง โดยอาศัยหลักการที่ว่า เมื่อคลื่นเทระเฮิรตซ์ส่องผ่านผลิตภัณฑ์ตัวอย่าง ความเข้มของคลื่นจะลดลง และจะลดลงมากขึ้นเมื่อความชื้นหรือความหนาของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น หลักการดังกล่าวอ้างอิงมาจากกฎของ Beer Lambert ซึ่งแสดงในรูปแบบสมการดังต่อไปนี้

สมการที่ (1)

โดย I₀ คือความเข้มของคลื่นก่อนส่องผ่านผลิตภัณฑ์ I คือความเข้มของคลื่นหลังส่องผ่านผลิตภัณฑ์ ที่วัดได้จากกล้องเทระเฮิรตซ์ m คือเปอร์เซ็นต์ความชื้นสัมพัทธ์ของผลิตภัณฑ์ L คือความหนาผลิตภัณฑ์ และ a,b คือค่าคงที่ที่ขึ้นกับชนิดของผลิตภัณฑ์

ในการหาค่าสัมประสิทธิ์ a,b ของผลิตภัณฑ์แต่ละชนิด และค่า I₀ สามารถทำได้โดยการเก็บข้อมูลความเข้มสัญญาณหลังส่องผ่านผลิตภัณฑ์ จากผลิตภัณฑ์ชนิดนั้นในหลายขนาดและหลายค่าความชื้น จากนั้นจึงนำข้อมูลของผลิตภัณฑ์ทุกชิ้น ที่ในแต่ละชิ้นประกอบด้วยข้อมูลความเข้มสัญญาณส่องผ่าน ความหนา และความชื้นที่วัดได้จากเครื่อง Moisture analyzer มาประมาณหาค่า โดยใช้วิธี Least-square fitting เพื่อหาค่าสัมประสิทธิ์ a,b และ I₀ ในสมการที่ (1)

ทีมวิจัยฯ ได้ทำการทดลองหาค่าสัมประสิทธิ์ในสมการที่ (1) ของ HAITAI crackers โดยใช้ความเข้มสัญญาณส่องผ่านที่วัดได้จริงจากกล้องเทระเฮิรตซ์ ที่ค่าความหนาและความชื้นต่างๆ จากทั้งหมด 11 ตัวอย่าง โดยผลลัพธ์จากการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ดังกล่าว จะทำให้ได้พื้นผิวโค้งดังแสดงในรูปที่ 5 (a) ที่แสดงความเข้มสัญญาณส่องผ่านที่คำนวณได้ ณ ค่าความหนาและความชื้นใดๆ ซึ่งหากสังเกตจะพบว่า พื้นผิวโค้งในรูปที่ 5 (a) มีแนวโน้มไปในทิศทางเดียวกันกับรูปที่ 5 (b) ที่แสดงการกระจายตัวของข้อมูลที่เก็บมา กล่าวคือ ความเข้มของคลื่นจะลดลง เมื่อความชื้นหรือความหนาของผลิตภัณฑ์มีค่ามากขึ้น

รูปที่ 5 (a) แสดงความเข้มสัญญาณส่องผ่านของ HAITAI crackers ณ ค่าความหนาและความชื้นใดๆ ที่คำนวณได้หลังจากทราบค่าสัมประสิทธิ์ a,b และ I₀ แล้ว (b) แสดงความเข้มสัญญาณส่องผ่านที่วัดได้จริงจากกล้องเทระเฮิรตซ์ ที่ค่าความหนาและความชื้นต่างๆ โดยวัดจาก HAITAI crackers ทั้งหมด 11 ตัวอย่าง

สำหรับการหาคำนวณหาความชื้นของผลิตภัณฑ์ตัวอย่าง จะอาศัยการจัดรูปสมการที่ (1) ให้อยู่ในรูปของ

สมการที่ (2)

ซึ่งสามารถใช้คำนวณหาค่าความชื้น m จากความเข้มสัญญาณ I ได้ และขณะนี้ ทีมวิจัยฯ ได้ทำการทดสอบความแม่นยำในการคำนวณหาค่าความชื้นจากผลิตภัณฑ์อาหารชนิดต่างๆ

การใช้ประโยชน์และการต่อยอด

งานวิจัยการสร้างภาพด้วยสัญญาณเทระเฮิรตซ์โดยการประยุกต์ใช้กับระบบสายพานลำเลียง สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้อย่างหลากหลาย อาทิ ในด้านการรักษาความปลอดภัย เราสามารถใช้ในตรวจสอบวัตถุต้องสงสัย เช่น อาวุธ หรือสิ่งเทียมอาวุธ ที่ถูกซุกซ่อนอยู่ในกล่องพัสดุหรือในหีบห่อ หรือสามารถใช้ในการตรวจสอบคุณภาพของผลิตภัณฑ์ เช่น ปริมาณความชื้นในผลผลิตทางการเกษตรและอาหาร หรือสิ่งปลอมปนที่อยู่ภายในบรรจุภัณฑ์ โดยเป็นการตรวจสอบบนสายพานการผลิตและไม่ทำลายหรือฉายสารกัมมันตรังสีบนวัตถุ/บรรจุภัณฑ์

ถึงแม้ว่าระบบสายพานที่พัฒนาขึ้นในปัจจุบันยังไม่สามารถตรวจสอบวัสดุหรือบรรจุภัณฑ์ที่สะท้อนหรือดูดกลืนคลื่นเทระเฮิรตซ์ในปริมาณมากได้ และความเข้มสัญญาณเทระเฮิรตซ์ที่วัดได้ มีความคลาดเคลื่อนซึ่งอาจส่งผลต่อความแม่นยำในการคำนวณความชื้นของผลิตภัณฑ์ แต่เครื่องส่งและรับสัญญาณเทระเฮิรตซ์ที่เป็นส่วนประกอบของระบบสายพานนั้น ก็มีแนวโน้มที่จะมีราคาถูกลงและมีประสิทธิภาพมากขึ้นในอนาคต ซึ่งปัจจัยนี้เองจะเป็นส่วนสำคัญที่ช่วยทำให้ข้ามข้อจำกัดเหล่านี้ได้ และในอนาคตหากมีการนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ต่อยอดในภาคอุตสาหกรรมอย่างจริงจัง โดยเฉพาะทางด้านเกษตรและอาหาร คงจะเกิดประโยชน์อีกมากอย่างคาดไม่ถึง

Terahertz Device : Smith-Purcell Radiation

dtmd-saw — Mon, 25 Jan 2021 01:00:31 +0000

บทความ : ทีมวิจัยเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์
กลุ่มวิจัยอุปกรณ์สเปกโทรสโกปีและเซนเซอร์ (SSDRG)
ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (เนคเทค-สวทช.)
วิดีโอ : ตุลลาวัฒน์ หอมสินธ์ ภาพปก : สุตาภัทร กันยง

คลื่นเทระเฮิรตซ์เป็นคลื่นที่ไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อเซลล์สิ่งมีชีวิต เนื่องจากเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีพลังงานในระดับต่ำ (ระดับ µeV) ซึ่งมีค่าน้อยกว่าพลังงานที่ต้องใช้สำหรับการกระตุ้นอิเล็กตรอนในวัสดุทั่วไป (ระดับ eV) จึงไม่ทำให้เกิดกระบวนการสูญเสียอิเล็กตรอน (Ionization) อันจะนำไปสู่ปฏิกิริยาเคมีอื่น ๆ ได้ง่ายนัก จากสาเหตุที่คลื่นเทระเฮิรตซ์มีพลังงานต่ำ (ความยาวคลื่นมาก) จึงถูกลดทอนในวัสดุต่าง ๆ ได้น้อย ทำให้มีคุณสมบัติทะลุทะลวงวัสดุได้มากกว่าคลื่นแสงหรืออินฟราเรด ส่งผลให้คลื่นเทระเฮิรตซ์สามารถทะลุผ่านวัสดุจำพวก พลาสติก เสื้อผ้า ไม้ หรือสารประกอบอินทรีย์ได้

นอกจากนี้คลื่นเทระเฮิรตซ์ยังสามารถเกิดได้จากอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลซึ่งไม่สามารถตรวจวัดได้โดยเทคนิคทางสเปกโทรสโคปีที่พลังงานสูงได้ ทำให้คลื่นเทระเฮิรตซ์เป็นอีกหนึ่งทางเลือกในการใช้ศึกษาสารเคมีที่มีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกัน แต่มีโครงสร้าง การจัดเรียงตัวต่างกัน ซึ่งในทางปฏิบัติสารเหล่านี้จะมีสมบัติเชิงเคมีที่แตกต่างกันได้ จึงมีแนวคิดในการนำคลื่นเทระเฮิรตซ์ไปประยุกต์ใช้ในการตรวจสอบวัสดุบรรจุภัณฑ์แบบไม่ทำลาย เพื่อตรวจหาสารเสพย์ติด อาวุธ หรือสิ่งของผิดกฏหมาย

แม้จะมีความต้องการใช้คลื่นเทระเฮิรตซ์ แต่ขณะเดียวกันเทระเฮิรตซ์เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่พบได้น้อยในธรรมชาติ เนื่องจากพลังงานที่ต่ำและการถูกดูดกลืนได้ง่ายจากสารประกอบที่มีไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบ โดยเฉพาะไอน้ำซึ่งมีอยู่ทั่วไปในชั้นบรรยากาศโลก นอกจากนี้อุปกรณ์ที่ใช้ตรวจวัดยังมีการพัฒนาที่น้อยกว่าอุปกรณ์ตรวจวัดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านอื่น ๆ จึงทำให้มีการนำคลื่นเทระเฮิรตซ์มาใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวันอย่างไม่แพร่หลายมากนัก ทั้งนี้ด้วยข้อจำกัดทางด้านเทคโนโลยีทำให้การผลิตคลื่นเทระเฮิรตซ์กระทำได้ยาก หนึ่งในความท้าทายที่ทีมวิจัยเทคโนโลยีเทระเฮิรตซ์ เนคเทค-สวทช. เลือก คือการสร้างเครื่องกำเนิดสัญญาณคลื่นในย่านเทระเฮิรตซ์ ด้วยหลักการ Smith-Purcell Radiation

การสร้างเครื่องกำเนิดสัญญาณคลื่นในย่านเทระเฮิรตซ์ ด้วยหลักการ Smith-Purcell Radiation

Technical Challenge : การสร้างจากสิ่งที่มีอยู่

แหล่งกำเนิดคลื่นเทระเฮิรตซ์ที่มี Output Power สูง จากเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ จำเป็นต้องอาศัยโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่ และต้องเงินลงทุนมหาศาล ทำให้การใช้การประยุกต์ใช้งานคลื่นเทระเฮิรตซ์จากแหล่งกำเนิดดังกล่าว ยังคงถูกจำกัดอยู่ที่สถาบันวิจัยขนาดใหญ่ซึ่งเข้าถึงการใช้งานได้ยาก ทางทีมวิจัยจึงมีแนวคิดในการใช้หลักการ Smith-Purcell Radiation (SPR) มาใช้ในการออกแบบและสร้างแหล่งกำเนิดคลื่นเทระเฮิรตซ์ (แสดงดังรูปที่ 2)

รูปที่ 2. ระบบผลิตคลื่นเทระเฮิรตซ์จากลำอิเล็กตรอนที่พัฒนาโดยทีมวิจัย

โดยเป็นการใช้ประโยชน์จากลำอิเล็กตรอนพลังงานต่ำ ซึ่งใช้พื้นที่น้อย และสามารถเคลื่อนย้ายได้ง่าย เพื่อจุดประสงค์ในการเข้าถึงความต้องการใช้งานที่หลากหลาย การผลิตคลื่นเทระเฮิรตซ์จากปรากฏการณ์ SPR นี้ ต้องอาศัยองค์ประกอบหลัก 2 ประการคือ

การผลิตลำอิเล็กตรอนให้มีค่า beam emittance น้อยกว่า 𝜋.mm.mrad โดยมีกระแสลำอิเล็กตรอนในระดับมิลลิแอมป์ เพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่มีความเข้มมากเพียงพอ
การผลิตเกรตติงโลหะที่มีคาบของแบบรูป (pattern period) ในระดับไมโครเมตร เนื่องจากการผลิตเกรตติงที่มีรูปแบบดังกล่าวจากแผ่นโลหะทั้งหมดไม่สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีที่มีอยู่ในประเทศไทย ทางทีมวิจัยจึงประยุกต์ใช้เทคนิคการเคลือบโลหะบนผิวของสารกึ่งตัวนำที่มีแบบรูปของคาบที่กำหนดไว้ ผลิตเป็นเกรตติงภายในงานวิจัยนี้

จากการที่ลำอิเล็กตรอนนี้มีพลังงานต่ำทำให้ไม่จำเป็นต้องอาศัยศักย์ไฟฟ้าที่สูงมากนักในการเร่งให้มีพลังงานที่ต้องการ เป็นการลดต้นทุนการจัดการด้านความปลอดภัยและลดผลกระทบที่เกิดจากรังสีเอกซ์ซึ่งเกิดจากประจุไฟฟ้าที่มีความเร็วสูงชนกับโมเลกุลของอากาศภายในห้องสุญญากาศได้ โครงสร้างโดยรวมของระบบจึงมีขนาดกะทัดรัดเหมาะแก่การใช้งานที่อยู่ในระดับอุตสาหกรรมทั่วไป การสร้างระบบ SPR นี้เป็นการผลิตแหล่งกำเนิดคลื่นเทระเฮิรตซ์โดยอาศัยอุปกรณ์ที่มีอยู่หรือที่สามารถผลิตได้เองโดยหน่วยงานในประเทศ เป็นการสร้างระบบนิเวศวิจัยทางเลือกของแหล่งกำเนิดคลื่นเทระเฮิรตซ์ที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้ในอนาคต

ปัจจุบันเนคเทค-สวทช.ร่วมมือวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีด้านเทระเฮิรตซ์ร่วมกับ สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนแห่งชาติ (องค์การมหาชน) หรือ Synchrotron Light Research Institute (SLRI) และศูนย์เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ หรือ Thai Microelectronics Center (TMEC)