Les matériaux transparents sont devenus un composant essentiel dans une grande variété d'applications technologiques, allant de l'électronique de tous les jours comme les tablettes et les smartphones aux utilisations plus sophistiquées des panneaux solaires, Médicament, et optique. Comme pour tout autre produit à fabriquer en série, le contrôle qualité est important pour ces matériaux, et plusieurs techniques ont été développées pour détecter les rayures ou imperfections microscopiques.

Une approche attrayante pour rechercher des dommages sur les matériaux consiste à utiliser des « ondes de Lamb ». Nommé d'après le mathématicien britannique Sir Horace Lamb, ce sont des ondes élastiques générées dans des plaques solides suite à une excitation mécanique appropriée. Parce que la propagation des ondes de Lamb est affectée par les dommages de surface (tels que les rayures), ils peuvent être exploités pour garantir que le matériel numérisé est exempt d'imperfections. Malheureusement, la génération et la mesure ultérieure des ondes de Lamb sur des matériaux transparents ne sont pas simples.

Alors que des techniques laser existent pour générer des ondes de Lamb sans contact, les paramètres laser doivent être soigneusement calibrés pour chaque matériau afin d'éviter de causer des dommages. De plus, les approches existantes ne génèrent pas d'ondes de Lamb d'amplitude suffisante; En tant que tel, des mesures répétées doivent être effectuées et moyennées pour obtenir des données fiables, ce qui prend du temps. Quant à la mesure des ondes de Lamb générées, aucune technique existante ne peut les détecter rapidement et les utiliser pour rechercher des dommages à l'échelle submillimétrique sur des surfaces transparentes.

Pour résoudre ces problèmes, une équipe de recherche dirigée par le professeur Naoki Hosoya du Shibaura Institute of Technology et Takashi Onuma de Photron Limited, Japon, a développé un nouveau cadre pour la génération et la détection d'ondes de Lamb "mode S0" (mode symétrique d'ordre zéro) dans des matériaux transparents. Leur approche est présentée dans un article récemment publié en ligne dans la revue Optique et lasers en ingénierie .

D'abord, l'équipe a dû trouver une technique pratique pour générer des ondes de Lamb sans endommager l'échantillon. À cette fin, ils ont tiré parti d'une approche qu'ils avaient utilisée avec succès dans d'autres tentatives pour générer des oscillations mécaniques sans contact :les ondes de choc plasma induites par laser (LIP). Pour faire simple, Le LIP peut être généré en focalisant un faisceau laser à haute énergie sur un minuscule volume de gaz. L'énergie du laser énergise les molécules de gaz et les fait s'ioniser, créant une "bulle de plasma" instable près de la surface du matériau. "La bulle de plasma se dilate dans son environnement à des vitesses très élevées, générer une onde de choc qui est utilisée comme force d'excitation pour produire des ondes de Lamb sur la structure cible, " explique le Pr Hosoya.

Prochain, les chercheurs avaient besoin de mesurer les ondes générées. Ils y sont parvenus en utilisant une caméra de polarisation à grande vitesse, lequel, comme le nom l'indique, peut capturer la polarisation de la lumière traversant l'échantillon transparent. Cette polarisation contient des informations directement liées à la répartition des contraintes mécaniques du matériau, qui à son tour reflète la propagation des ondes de Lamb.

Pour mettre leur stratégie à l'épreuve, l'équipe a créé des rayures microscopiques sur quelques plats, plaques de polycarbonate transparent et comparé la propagation des ondes de Lamb sur des échantillons endommagés et vierges. Comme prévu, les rayures ont provoqué des différences notables dans la répartition des contraintes des plaques lorsque les ondes se sont propagées sur les zones endommagées, démontrant le potentiel de cette nouvelle approche en détectant des rayures mesurant seulement quelques dizaines de micromètres.

Bien que les résultats soient passionnants, des études complémentaires s'imposent pour approfondir leur compréhension de leur stratégie et de ses limites. Le professeur Hosoya dit :« Les effets de la taille ou du type de dommage, le grossissement de l'objectif de la caméra, et les propriétés de l'échantillon transparent sur la limite de taille des défauts détectables de notre méthode doivent être vérifiées dans le cadre de travaux futurs."

Avec un peu de chance, ce non-contact ingénieux, Un système de détection de dommages non destructif aidera à réduire les coûts de production de matériaux transparents de haute qualité.