科學家開發(fā)了一種使用激光在透明表面上發(fā)現(xiàn)微觀劃痕的便捷方法

透明材料已成為各種技術應用的重要組成部分，從平板電腦和智能手機等日常電子產(chǎn)品到太陽能電池板、醫(yī)學和光學領域的更復雜用途。正如任何其他要批量生產(chǎn)的產(chǎn)品一樣，質(zhì)量控制對這些材料很重要，并且已經(jīng)開發(fā)了多種技術來檢測微觀劃痕或缺陷。

掃描材料損壞的一種有吸引力的方法是使用“蘭姆波”。以英國數(shù)學家霍勒斯·蘭姆爵士的名字命名，這些是在適當?shù)臋C械激發(fā)后在固體板中產(chǎn)生的彈性波。由于蘭姆波的傳播受表面損傷(例如劃痕)的影響，因此可以利用它們來確保掃描的材料沒有缺陷。不幸的是，在透明材料上產(chǎn)生和隨后測量蘭姆波并不簡單。

雖然存在以非接觸方式生成蘭姆波的基于激光的技術，但需要針對每種材料仔細校準激光參數(shù)以避免造成損壞。此外，現(xiàn)有方法不能產(chǎn)生足夠幅度的蘭姆波;因此，必須進行重復測量并取平均值才能獲得可靠的數(shù)據(jù)，這非常耗時。至于測量產(chǎn)生的蘭姆波，現(xiàn)有技術無法快速檢測并使用它們來尋找透明表面上的亞毫米級損傷。

為了解決這些問題，由芝浦工業(yè)大學 Naoki Hosoya 教授和 Photron Limited 的 Takashi Onuma 領導的研究小組開發(fā)了一種用于產(chǎn)生和檢測“S0 模式”(零階對稱模式)蘭姆波的新框架在透明材料中。他們的方法發(fā)表在最近在線發(fā)表在光學和激光工程雜志上的一篇論文中。

首先，該團隊必須找到一種方便的技術來在不損壞樣品的情況下生成蘭姆波。為此，他們利用了一種他們在其他努力中成功使用的方法，以非接觸方式產(chǎn)生機械振蕩：激光誘導等離子體 (LIP) 沖擊波。簡而言之，LIP 可以通過將一束高能激光聚焦在微小體積的氣體上來產(chǎn)生。激光的能量為氣體分子提供能量并使其電離，在靠近材料表面的位置產(chǎn)生不穩(wěn)定的“等離子氣泡”。“等離子氣泡以超高速膨脹到周圍，產(chǎn)生沖擊波，用作激發(fā)力在目標結構上產(chǎn)生蘭姆波，”細谷教授解釋說。

接下來，研究人員需要測量產(chǎn)生的波。他們通過使用高速偏振相機實現(xiàn)了這一點，顧名思義，它可以捕獲穿過透明樣品的光的偏振。這種極化包含與材料機械應力分布直接相關的信息，而機械應力分布又反映了蘭姆波的傳播。

標簽：