导读：透明材料已经成为各种技术应用的重要组成部分，例如
平板电脑和智能手机等日常电子产品，还有
太阳能电池板、医学和光学等更复杂的用途。
透明材料已经成为各种技术应用的重要组成部分，例如平板电脑和智能手机等日常电子产品，还有太阳能电池板、医学和光学等更复杂的用途。就像任何其他产品的大规模生产一样，质量控制对这些材料来说非常重要。目前，已经开发了几种技术来检测材料的微观划痕或缺陷。
扫描测定材料损坏的一个方法是使用“兰姆波”(Lamb waves)。兰姆波是以英国数学家贺拉斯・兰姆爵士(Sir Horace Lamb)的名字所命名，它是在适当的机械激励下，在固体板材中产生的弹性波。由于兰姆波的传播会受到表面损伤(如划痕)的影响，它们可以用来确保扫描的材料不存在缺陷。但是，在透明材料上产生兰姆波并进行后续测量并不简单。
虽然有基于激光的技术，可以以非接触的方式产生兰姆波，但激光参数需要针对每种材料进行仔细校准，以避免造成损害。此外，现有的方法不能产生足够振幅的兰姆波。因此，必须进行重复测量，并取其平均值以获得可靠的数据，这样的流程非常耗时。至于测量产生的兰姆波，目前没有任何技术，能够快速检测并使用它们来寻找透明表面的亚毫米级损伤。
为了解决这些问题，日本科学家研究小组开发了一个新的框架，用于生成和检测透明材料中的“S0模式”(零阶对称模式)兰姆波。
首先，研究团队必须找到一种方便的技术，来产生兰姆波而不损坏样品。为此，他们利用了一种在其他工作中成功使用过的方法，以无接触的方式产生机械振荡：激光诱导等离子体(LIP)冲击波。简单来说，LIP可以通过将一束高能激光聚焦在一小部分气体上产生。激光的能量使气体分子通电并导致它们电离，在材料表面附近产生一个不稳定的“等离子体气泡”。等离子体气泡以超高速向周围扩张，产生冲击波，作为激发力，在目标结构上产生兰姆波。
接着，研究人员需要测量产生的波。通过使用高速偏振照相机来实现这一目标，顾名思义，偏振照相机可以捕捉穿过透明样品的光线偏振。这种偏振包含了与材料的机械应力分布直接相关的信息，这反过来又能反映兰姆波的传播。
为了测试这种新方法，研究团队在一些平坦的透明聚碳酸酯板上制造了微观划痕，并比较了兰姆波在受损和原始样品上的传播情况。正如预期的那样，当兰姆波在受损区域传播时，划痕在板的应力分布上造成了明显的差异，通过检测只有几十微米的划痕，证明了这种新方法的潜力。
研究人员认为，这项研究是一个新突破，这些发现令人振奋。但是，损伤的大小或类型、相机镜头的放大率，以及透明样品的特性，对这个方法的可检测缺陷尺寸限制的影响，仍需要在未来工作加以验证。希望这种巧妙的非接触、非破坏性的损伤检测方案，可以有助于降低高质量透明材料的生产成本。
题为“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”的相关研究论文发表在《工程光学与激光》杂志上。
(原标题：日本科学家开发新技术，以非接触方式检测透明材料的缺陷)
