Transparenta material har blivit en viktig komponent i en mängd olika tekniska tillämpningar, allt från vardagselektronik som surfplattor och smartphones till mer sofistikerade användningsområden i solpaneler, medicin, och optik. Precis som för alla andra produkter som ska massproduceras, kvalitetskontroll är viktigt för dessa material, och flera tekniker har utvecklats för att upptäcka mikroskopiska repor eller defekter.

En attraktiv metod för att skanna efter skador på material är att använda "Lammvågor". Uppkallad efter den brittiske matematikern Sir Horace Lamb, dessa är elastiska vågor som genereras i solida plattor efter en lämplig mekanisk excitation. Eftersom lammvågornas utbredning påverkas av ytskador (som repor), de kan utnyttjas för att säkerställa att det skannade materialet är fritt från defekter. Tyvärr, generering och efterföljande mätning av lammvågor på transparenta material är inte okomplicerade.

Medan laserbaserade tekniker finns för att generera lammvågor på ett kontaktlöst sätt, laserparametrarna måste noggrant kalibreras för varje material för att undvika att orsaka skada. Dessutom, existerande tillvägagångssätt genererar inte Lamb-vågor med tillräcklig amplitud; som sådan, upprepade mätningar måste utföras och medelvärdesberäknas för att få tillförlitliga data, vilket är tidskrävande. När det gäller att mäta de genererade lammvågorna, ingen befintlig teknik kan snabbt upptäcka och använda dem för att leta efter skador i submillimeterskala på transparenta ytor.

För att ta itu med dessa problem, ett forskarlag ledd av professor Naoki Hosoya från Shibaura Institute of Technology och Takashi Onuma från Photron Limited, Japan, utvecklat ett nytt ramverk för generering och detektering av "S0-läge" (symmetriskt läge med nollordning) lammvågor i transparenta material. Deras tillvägagångssätt presenteras i en artikel som nyligen publicerats online i tidskriften Optik och laser inom teknik .

Först, teamet var tvungen att hitta en bekväm teknik för att generera lammvågor utan att skada provet. För detta ändamål, de utnyttjade ett tillvägagångssätt som de framgångsrikt hade använt i andra ansträngningar för att generera mekaniska svängningar på ett kontaktlöst sätt:laserinducerade plasma (LIP) stötvågor. För att uttrycka sig enkelt, LIP kan genereras genom att fokusera en stråle av högenergilaser på en liten volym gas. Laserenergin aktiverar gasmolekylerna och får dem att jonisera, skapar en instabil "plasmabubbla" nära materialets yta. "Plasmabubblan expanderar till sin omgivning i superhöga hastigheter, genererar en stötvåg som används som excitationskraften för att producera lammvågor på målstrukturen, " förklarar prof. Hosoya.

Nästa, forskarna behövde mäta de genererade vågorna. De uppnådde detta genom att använda en höghastighets polarisationskamera, som, som namnet antyder, kan fånga polariseringen av ljuset som färdas genom det transparenta provet. Denna polarisering innehåller information som är direkt relaterad till materialets mekaniska spänningsfördelning, vilket i sin tur återspeglar lammvågornas utbredning.

För att sätta sin strategi på prov, teamet skapade mikroskopiska repor på några platta, transparenta polykarbonatplattor och jämförde spridningen av lammvågor på skadade och orörda prover. Som förväntat, reporna orsakade märkbara skillnader i spänningsfördelningen av plattorna när vågorna fortplantade sig över de skadade områdena, demonstrerar potentialen i detta nya tillvägagångssätt genom att detektera repor som bara mäter flera dussin mikrometer.

Även om fynden är spännande, ytterligare studier är motiverade för att få en mer djupgående förståelse av deras strategi och dess gränser. Prof. Hosoya säger, "Effekterna av skadans storlek eller typ, kameralinsens förstoring, och egenskaperna hos det transparenta provet på den detekterbara defektstorleksgränsen för vår metod måste verifieras som en del av framtida arbeten."

Förhoppningsvis, denna geniala icke-kontakt, system för att upptäcka skador som inte förstörs kommer att bidra till att minska produktionskostnaderna för transparenta material av hög kvalitet.