導(dǎo)讀：透明材料已經(jīng)成為各種技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分，例如平板電腦和智能手機(jī)等日常電子產(chǎn)品，還有太陽能電池板、醫(yī)學(xué)和光學(xué)等更復(fù)雜的用途。
 

　　透明材料已經(jīng)成為各種技術(shù)應(yīng)用的重要組成部分，例如平板電腦和智能手機(jī)等日常電子產(chǎn)品，還有太陽能電池板、醫(yī)學(xué)和光學(xué)等更復(fù)雜的用途。就像任何其他產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)一樣，質(zhì)量控制對這些材料來說非常重要。目前，已經(jīng)開發(fā)了幾種技術(shù)來檢測材料的微觀劃痕或缺陷。
 

　　掃描測定材料損壞的一個方法是使用“蘭姆波”(Lamb waves)。蘭姆波是以英國數(shù)學(xué)家賀拉斯?蘭姆爵士(Sir Horace Lamb)的名字所命名，它是在適當(dāng)?shù)臋C(jī)械激勵下，在固體板材中產(chǎn)生的彈性波。由于蘭姆波的傳播會受到表面損傷(如劃痕)的影響，它們可以用來確保掃描的材料不存在缺陷。但是，在透明材料上產(chǎn)生蘭姆波并進(jìn)行后續(xù)測量并不簡單。
 

　　雖然有基于激光的技術(shù)，可以以非接觸的方式產(chǎn)生蘭姆波，但激光參數(shù)需要針對每種材料進(jìn)行仔細(xì)校準(zhǔn)，以避免造成損害。此外，現(xiàn)有的方法不能產(chǎn)生足夠振幅的蘭姆波。因此，必須進(jìn)行重復(fù)測量，并取其平均值以獲得可靠的數(shù)據(jù)，這樣的流程非常耗時。至于測量產(chǎn)生的蘭姆波，目前沒有任何技術(shù)，能夠快速檢測并使用它們來尋找透明表面的亞毫米級損傷。
 

　　為了解決這些問題，日本科學(xué)家研究小組開發(fā)了一個新的框架，用于生成和檢測透明材料中的“S0模式”(零階對稱模式)蘭姆波。
 

　　首先，研究團(tuán)隊必須找到一種方便的技術(shù)，來產(chǎn)生蘭姆波而不損壞樣品。為此，他們利用了一種在其他工作中成功使用過的方法，以無接觸的方式產(chǎn)生機(jī)械振蕩：激光誘導(dǎo)等離子體(LIP)沖擊波。簡單來說，LIP可以通過將一束高能激光聚焦在一小部分氣體上產(chǎn)生。激光的能量使氣體分子通電并導(dǎo)致它們電離，在材料表面附近產(chǎn)生一個不穩(wěn)定的“等離子體氣泡”。等離子體氣泡以超高速向周圍擴(kuò)張，產(chǎn)生沖擊波，作為激發(fā)力，在目標(biāo)結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生蘭姆波。
 

　　接著，研究人員需要測量產(chǎn)生的波。通過使用高速偏振照相機(jī)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，顧名思義，偏振照相機(jī)可以捕捉穿過透明樣品的光線偏振。這種偏振包含了與材料的機(jī)械應(yīng)力分布直接相關(guān)的信息，這反過來又能反映蘭姆波的傳播。
 

　　為了測試這種新方法，研究團(tuán)隊在一些平坦的透明聚碳酸酯板上制造了微觀劃痕，并比較了蘭姆波在受損和原始樣品上的傳播情況。正如預(yù)期的那樣，當(dāng)蘭姆波在受損區(qū)域傳播時，劃痕在板的應(yīng)力分布上造成了明顯的差異，通過檢測只有幾十微米的劃痕，證明了這種新方法的潛力。
 

　　研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)研究是一個新突破，這些發(fā)現(xiàn)令人振奮。但是，損傷的大小或類型、相機(jī)鏡頭的放大率，以及透明樣品的特性，對這個方法的可檢測缺陷尺寸限制的影響，仍需要在未來工作加以驗(yàn)證。希望這種巧妙的非接觸、非破壞性的損傷檢測方案，可以有助于降低高質(zhì)量透明材料的生產(chǎn)成本。
 

　　題為“Measurements of S0 mode Lamb waves using a high-speed polarization camera to detect damage in transparent materials during non-contact excitation based on a laser-induced plasma shock wave”的相關(guān)研究論文發(fā)表在《工程光學(xué)與激光》雜志上。
 

　　(原標(biāo)題：日本科學(xué)家開發(fā)新技術(shù)，以非接觸方式檢測透明材料的缺陷)