科學(xué)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(shù)應(yīng)用的重要組成部分，從平板電腦和智能手機(jī)等日常電子產(chǎn)品到太陽(yáng)能電池板、醫(yī)學(xué)和光學(xué)領(lǐng)域的更復(fù)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(duì)這些材料很重要，并且已經(jīng)開發(fā)了多種技術(shù)來(lái)檢測(cè)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(guó)數(shù)學(xué)家霍勒斯·蘭姆爵士的名字命名，這些是在適當(dāng)?shù)臋C(jī)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(lái)確保掃描的材料沒(méi)有缺陷。不幸的是，在透明材料上產(chǎn)生和隨后測(cè)量蘭姆波并不簡(jiǎn)單。

雖然存在以非接觸方式生成蘭姆波的基于激光的技術(shù)，但需要針對(duì)每種材料仔細(xì)校準(zhǔn)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(jìn)行重復(fù)測(cè)量并取平均值才能獲得可靠的數(shù)據(jù)，這非常耗時(shí)。至于測(cè)量產(chǎn)生的蘭姆波，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法快速檢測(cè)并使用它們來(lái)尋找透明表面上的亞毫米級(jí)損傷。

為了解決這些問(wèn)題，由芝浦工業(yè)大學(xué) Naoki Hosoya 教授和 Photron Limited 的 Takashi Onuma 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一種用于產(chǎn)生和檢測(cè)“S0 模式”(零階對(duì)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(xué)和激光工程雜志上的一篇論文中。

首先，該團(tuán)隊(duì)必須找到一種方便的技術(shù)來(lái)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?cè)谄渌χ谐晒κ褂玫姆椒?，以非接觸方式產(chǎn)生機(jī)械振蕩：激光誘導(dǎo)等離子體 (LIP) 沖擊波。簡(jiǎn)而言之，LIP 可以通過(guò)將一束高能激光聚焦在微小體積的氣體上來(lái)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(biāo)結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生蘭姆波，”細(xì)谷教授解釋說(shuō)。

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

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