導讀：透明材料已經成為各種技術應用的重要組成部分，例如平板電腦和智能手機等日常電子產品，還有太陽能電池板、醫學和光學等更復雜的用途。
 

　　透明材料已經成為各種技術應用的重要組成部分，例如平板電腦和智能手機等日常電子產品，還有太陽能電池板、醫學和光學等更復雜的用途。就像任何其他產品的大規模生產一樣，質量控制對這些材料來說非常重要。目前，已經開發了幾種技術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)。蘭姆波是以英國數學家賀拉斯?蘭姆爵士(Sir Horace Lamb)的名字所命名，它是在適當的機械激勵下，在固體板材中產生的彈性波。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，在透明材料上產生蘭姆波并進行后續測量并不簡單。
 

　　雖然有基于激光的技術，可以以非接觸的方式產生蘭姆波，但激光參數需要針對每種材料進行仔細校準，以避免造成損害。此外，現有的方法不能產生足夠振幅的蘭姆波。因此，必須進行重復測量，并取其平均值以獲得可靠的數據，這樣的流程非常耗時。至于測量產生的蘭姆波，目前沒有任何技術，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，日本科學家研究小組開發了一個新的框架，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，研究團隊必須找到一種方便的技術，來產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，以無接觸的方式產生機械振蕩：激光誘導等離子體(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生。激光的能量使氣體分子通電并導致它們電離，在材料表面附近產生一個不穩定的“等離子體氣泡”。等離子體氣泡以超高速向周圍擴張，產生沖擊波，作為激發力，在目標結構上產生蘭姆波。
 

　　接著，研究人員需要測量產生的波。通過使用高速偏振照相機來實現這一目標，顧名思義，偏振照相機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械應力分布直接相關的信息，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。正如預期的那樣，當蘭姆波在受損區域傳播時，劃痕在板的應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。
 

　　研究人員認為，這項研究是一個新突破，這些發現令人振奮。但是，損傷的大小或類型、相機鏡頭的放大率，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量透明材料的生產成本。
 

　　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”的相關研究論文發表在《工程光學與激光》雜志上。
 

　　(原標題：日本科學家開發新技術，以非接觸方式檢測透明材料的缺陷)