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科学家开发了一种使用激光在透明表面上发现微观划痕的便捷方法

导读透明材料已成为各种技术应用的重要组成部分,从平板电脑和智能手机等日常电子产品到太阳能电池板、医学和光学领域的更复杂用途。正如任何其

透明材料已成为各种技术应用的重要组成部分,从平板电脑和智能手机等日常电子产品到太阳能电池板、医学和光学领域的更复杂用途。正如任何其他要批量生产的产品一样,质量控制对这些材料很重要,并且已经开发了多种技术来检测微观划痕或缺陷。

扫描材料损坏的一种有吸引力的方法是使用“兰姆波”。以英国数学家霍勒斯·兰姆爵士的名字命名,这些是在适当的机械激发后在固体板中产生的弹性波。由于兰姆波的传播受表面损伤(例如划痕)的影响,因此可以利用它们来确保扫描的材料没有缺陷。不幸的是,在透明材料上产生和随后测量兰姆波并不简单。

虽然存在以非接触方式生成兰姆波的基于激光的技术,但需要针对每种材料仔细校准激光参数以避免造成损坏。此外,现有方法不能产生足够幅度的兰姆波;因此,必须进行重复测量并取平均值才能获得可靠的数据,这非常耗时。至于测量产生的兰姆波,现有技术无法快速检测并使用它们来寻找透明表面上的亚毫米级损伤。

为了解决这些问题,由芝浦工业大学 Naoki Hosoya 教授和 Photron Limited 的 Takashi Onuma 领导的研究小组开发了一种用于产生和检测“S0 模式”(零阶对称模式)兰姆波的新框架在透明材料中。他们的方法发表在最近在线发表在光学和激光工程杂志上的一篇论文中。

首先,该团队必须找到一种方便的技术来在不损坏样品的情况下生成兰姆波。为此,他们利用了一种他们在其他努力中成功使用的方法,以非接触方式产生机械振荡:激光诱导等离子体 (LIP) 冲击波。简而言之,LIP 可以通过将一束高能激光聚焦在微小体积的气体上来产生。激光的能量为气体分子提供能量并使其电离,在靠近材料表面的位置产生不稳定的“等离子气泡”。“等离子气泡以超高速膨胀到周围,产生冲击波,用作激发力在目标结构上产生兰姆波,”细谷教授解释说。

接下来,研究人员需要测量产生的波。他们通过使用高速偏振相机实现了这一点,顾名思义,它可以捕获穿过透明样品的光的偏振。这种极化包含与材料机械应力分布直接相关的信息,而机械应力分布又反映了兰姆波的传播。

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