在追求清洁能源的道路上，惯性约束聚变（ICF）被视为最具潜力的技术方向之一。其核心原理是通过高能激光轰击毫米尺寸的球形靶丸，使内部氘氚燃料在极端高温高压下发生核聚变反应。然而，靶丸的几何完美性——尤其是壁厚均匀性——直接决定内爆效率，对于高密度碳（HDC）材质靶丸，壁厚偏差需控制在0.35微米以内（相对80微米平均厚度）。传统红外干涉法仅适用于透明材料，而X射线成像的精度受限（约±0.15微米），且难以应对高原子序数金属靶材。如何实现不透明材料的微米级壁厚无损检测，成为ICF技术发展的关键瓶颈。
针对这一挑战，奥地利林茨非破坏性检测研究中心的Martin Ryzy团队在《Photoacoustics》发表研究，首次将频域激光超声（FreDomLUS）技术与零群速度（ZGV）共振原理相结合，成功实现了球形HDC靶丸的局部壁厚测绘。该工作通过理论计算、有限元模拟与实验验证三重手段，揭示了球形壳体中弹性波传播的双重共振特性，并创新性地利用时域选通技术分离ZGV共振信号，最终获得与红外干涉法高度一致的测量结果（偏差<1%）。
研究主要采用四项关键技术：首先，基于MATLAB的GEWtool工具箱计算平板中兰姆波（Lamb wave）的频散曲线，定位ZGV共振点；其次，通过轴对称有限元模型（FEM）模拟球形壳体中的弹性波传播，仿真值与实验频谱高度吻合；第三，利用自主搭建的FreDomLUS显微镜系统，以1550纳米调制激光实现热弹性激励，532纳米共路干涉仪检测表面振动，在5°角分辨率下扫描靶丸赤道线；最后，采用逆快速傅里叶变换（iFFT）和时域选通（截止时间1.75微秒）抑制周向共振，提取纯净的ZGV共振峰。
3.1 球形HDC壳体的共振特性
宽带频谱测量显示，壳体共振由局部ZGV共振和传播型兰姆波形成的周向共振叠加构成。通过对比80微米厚HDC平板的频散曲线（图3a），发现ZGV1共振点（约105 MHz）与壳体频谱中的宽峰对应，而低频区的密集尖峰符合周向共振条件（波长=2πR/n）。研究团队通过峰值间距反算群速度（公式3），证实其与平板基频反对称模式（A0）理论值一致，说明壳体曲率在7%相对厚度下对波导行为影响可忽略（图3e）。有限元频散分析（图4）进一步表明，壳体频谱可视为平板模式与固体球体表面波（Rayleigh wave）周向共振的叠加，其中ZGV1和ZGV2（约203 MHz）共振点清晰可辨。
3.2 ZGV共振壁厚测量
通过旋转靶丸获取赤道线窄带频谱（图5a），未处理时ZGV峰常被周向共振掩盖（图5b）。采用时域选通后（图5c），ZGV1峰被有效分离（图5d），其中心频率变化直接反映壁厚波动（公式4）。测量结果显示靶丸赤道壁厚变化约1微米（图6），与红外干涉法结果高度吻合，且曲线更平滑。研究表明ZGV1共振的空间分辨率约126微米（半波长），而ZGV2共振可将分辨率提升20%。
4. 讨论与结论
本研究首次实验证实了球形壳体中的ZGV共振现象，并开发出适用于不透明ICF靶材的壁厚测绘方法。通过辨析局部共振与周向共振的物理机制，提出的时域选通策略普适性强，可推广至金属或金属掺杂靶材。值得注意的是，通过ZGV1与ZGV2频率比（1.91）反推的泊松比（ν=0.16）偏离HDC基材参数（ν=0.10），暗示内部钨掺杂层（0.38 at%，厚6微米）对弹性参数的调制作用。未来可结合周向共振群速度与多模式ZGV频率，实现壳体弹性常数与厚度的同步反演。该工作为ICF靶丸质量评估提供了突破性的无损检测方案，对聚变能源发展具有重要推动意义。
