激光激发兰姆波在含内部缺陷的薄膜中传播特性的研究

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翻新时间：2023-08-06

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激光激发兰姆波在含内部缺陷的薄膜中传播特性的研究

【摘要】本文研究激光激发兰姆波在含内部缺陷的薄膜中传播特性，分析含内部缺陷的薄膜中兰姆波的波形特征，研究缺陷在薄膜内部不同位置对应的兰姆波传播特征，探索缺陷的位置变化对兰姆波波形的影响，从而为薄膜内部缺陷的检测提供理论依据。

【关键词】激光，兰姆波，内部缺陷

1.引言

近年来，薄膜材料以其独特的光、热、电及力等性能，广泛应用于半导体器件、集成电路、太阳能电池、平板显示器、信息存储器及MEMS器件等领域中，因此，薄膜材料的无损检测已引起人们越来越多的关注。激光超声技术具有非接触、宽频带、高分辨率的特性，激光激发的高频超声波能够有效地评价薄膜材料的力学性能，并能检测出不同形状、大小的微缺陷，从而成为薄膜材料微缺陷检测的可行方法。

本文分析含内部缺陷的薄膜中兰姆波波形特征，研究缺陷在薄膜内部不同位置对应的兰姆波传播特征，探索缺陷的位置变化对兰姆波波形的影响。

2.模型与结果讨论

图1（b）显示薄膜内部有无缺陷的位移比较图，其中，虚线表示无缺陷的位移波形，实线表示薄膜中含内部缺陷的位移波形，缺陷的参数分别为：c=5mm， b=0.4mm，接收点在上表面x=9mm处。从图1（b）中可以观测：激光在薄膜中激发的是典型的兰姆波（表现为零阶反对称模A0模），A0模的高频信号传播速度大于低频信号的传播速度。与无内部缺陷的位移波形相比，薄膜含内部缺陷时，A0模的振幅发生变化，高频信号的振幅减小，低频信号的振幅增大，且低频信号的波形发生明显的变形，从而说明薄膜的内部缺陷对兰姆波的传播特征有明显影响。

3.结论

采用有限元法建立含内部缺陷的薄膜的模型，计算得到激光在薄膜中激发产生的兰姆波瞬态波形，结果表明：薄膜内部有缺陷时，A0模振幅发生变化，且高频信号振幅减小，低频信号振幅增大；缺陷在薄膜内部的位置变化时，A0模的不同频率的信号振幅发生明显变化。本研究为激光激发兰姆波检测薄膜内部缺陷提供理论依据。