Los materiales transparentes se han convertido en un componente esencial en una amplia variedad de aplicaciones tecnológicas, que van desde dispositivos electrónicos cotidianos como tabletas y teléfonos inteligentes hasta usos más sofisticados en paneles solares, medicamento, y óptica. Al igual que para cualquier otro producto que se produzca en serie, el control de calidad es importante para estos materiales, y se han desarrollado varias técnicas para detectar arañazos o imperfecciones microscópicas.

Un método atractivo para escanear los materiales en busca de daños es el uso de "ondas Lamb". Nombrado en honor al matemático británico Sir Horace Lamb, se trata de ondas elásticas generadas en placas sólidas tras una adecuada excitación mecánica. Debido a que la propagación de las ondas Lamb se ve afectada por daños en la superficie (como arañazos), se pueden aprovechar para garantizar que el material escaneado esté libre de imperfecciones. Desafortunadamente, la generación y posterior medición de ondas Lamb en materiales transparentes no son sencillas.

Si bien existen técnicas basadas en láser para generar ondas Lamb sin contacto, Los parámetros del láser deben calibrarse cuidadosamente para cada material para evitar causar daños. Es más, los enfoques existentes no generan ondas Lamb de amplitud suficiente; como tal, se deben realizar y promediar mediciones repetidas para obtener datos confiables, que lleva mucho tiempo. En cuanto a medir las ondas Lamb generadas, ninguna técnica existente puede detectarlos y usarlos rápidamente para buscar daños a escala submilimétrica en superficies transparentes.

Para abordar estos problemas, un equipo de investigación dirigido por el profesor Naoki Hosoya del Instituto de Tecnología Shibaura y Takashi Onuma de Photron Limited, Japón, desarrolló un marco novedoso para la generación y detección de "modo S0" (modo simétrico de orden cero) ondas Lamb en materiales transparentes. Su enfoque se presenta en un artículo publicado recientemente en línea en la revista Óptica y láseres en ingeniería .

Primero, el equipo tuvo que encontrar una técnica conveniente para generar ondas Lamb sin dañar la muestra. Para tal fin, aprovecharon un enfoque que habían utilizado con éxito en otros esfuerzos para generar oscilaciones mecánicas sin contacto:ondas de choque de plasma inducido por láser (LIP). Para hacerlo mas simple, El LIP se puede generar enfocando un rayo de láser de alta energía en un pequeño volumen de gas. La energía del láser energiza las moléculas de gas y las ioniza, creando una "burbuja de plasma" inestable cerca de la superficie del material. "La burbuja de plasma se expande a su entorno a velocidades súper altas, generar una onda de choque que se utiliza como fuerza de excitación para producir ondas Lamb en la estructura objetivo, "explica el profesor Hosoya.

Próximo, los investigadores necesitaban medir las ondas generadas. Lo lograron mediante el uso de una cámara de polarización de alta velocidad, cuales, como su nombre indica, puede capturar la polarización de la luz que viaja a través de la muestra transparente. Esta polarización contiene información directamente relacionada con la distribución de esfuerzos mecánicos del material, que a su vez refleja la propagación de ondas Lamb.

Para poner a prueba su estrategia, el equipo creó arañazos microscópicos en algunos planos, placas de policarbonato transparente y comparó la propagación de ondas Lamb en muestras dañadas y prístinas. Como se esperaba, los arañazos provocaron diferencias notables en la distribución de la tensión de las placas a medida que las ondas se propagaban por las zonas dañadas, demostrando el potencial de este enfoque novedoso al detectar arañazos que miden solo varias docenas de micrómetros.

Si bien los hallazgos son emocionantes, Se requieren más estudios para obtener una comprensión más profunda de su estrategia y sus límites. El profesor Hosoya dice:"Los efectos del tamaño o tipo de daño, la ampliación de la lente de la cámara, y las propiedades de la muestra transparente en el límite de tamaño del defecto detectable de nuestro método deben verificarse como parte de trabajos futuros ".

Ojalá, este ingenioso no contacto, El esquema de detección de daños no destructivos ayudará a reducir los costos de producción de materiales transparentes de alta calidad.