激光技術在醫療、制造、娛樂、軍事、科學探測等領域有著十分重要的作用。近年來激光技術由于在石質材料和文物的清洗、修復方面的獨特優勢，正在得到越來越廣泛的應用。隨著高檔石材對清洗的精確度的要求越來越高，以及人類環境保護意識的提高，激光清洗技術正作為一種先進的清洗方法被人們認識和使用。

激光清洗技術主要利用激光束來高速有效地清除待清洗對象表面的附著物，它省時、省力、節水，而且安全可靠，適用面廣，易于自動控制。特別對于石雕、石刻、各種邊角等石面精細結構，以及年代久遠的石質文物等高檔石材的清洗，激光清洗技術的優勢是許多傳統清洗工藝所無法比擬的。因此可以說激光清洗是清洗技術的一大進步，推廣應用激光清洗技術必將使石材清洗業和文物修復業如虎添翼。

一.激光清洗的基本原理：

污物和石材表面之間的結合力主要為物理作用力和弱化學作用力。弱化學作用力包括氫鍵和電荷轉移形成的鍵能等，物理作用力包括范德華力(包括靜電、誘導和色散作用)以及毛細作用力等。石材比其它硬表面材料更難清洗的原因是由于天然石材存在的大量微孑L隙，微孔隙的毛細作用力不僅使污物與石材之間的各種結合力得到了增強，同時其包裹作用也使各種清洗的外力難以發揮作用。

激光是一種單色性和方向性都很好的光輻射。通過透鏡組合可以聚焦光束，把光束集中到一個很小的范圍或區域中。激光光束至少可以產生三個方面的作用：

(1)會在固體表面產生力學共振現象，使表面污垢層或凝結物碎裂脫落。

(2)會使表面污垢層受熱膨脹，從而克服基體物質對污垢粒子的吸附力而脫離物體表面。

(3)在瞬間使污垢分子蒸發、氣化或分解。

激光清洗技術正是利用①激光脈沖的振動;②粒子的熱膨脹;③分子的光分解或相變三種作用或它們的聯合作用克服污物的基體物質表面之間的結合力，使其脫離物體表面而達到清洗的目的。根據被清洗基體物質與污物的光學特性分析，又可將激光清洗機理分為兩大類：

一類是利用基體物質與表面附著的污垢對某一波長激光能量的吸收系數的差別，使激光能量充分被附著的污物所吸收，從而受熱膨脹或汽化揮發，并被汽化形成的蒸氣流帶動脫離基體物質而達到清洗的目的。其要求是基體物質對激光能量的吸收系數要小，這樣基體物質才不至于被損傷。因此實現安全、高效清洗的關鍵是選擇合適的激光波長并控制的能量密度。

另一類是對于基體物質與表面附著物對激光束的吸收系數差別不大，或者表面附著物受熱后會產生有毒物質等情況的清洗，通常是利用較高頻率和功率的脈沖激光沖擊被清洗的表面，使部分光束轉換成聲波，聲波在沖擊中下層硬表面以后返回，其返回的部分與激光產生的入射聲波發生干涉，從而產生高能共振波，使垢層發生微小爆裂，造成粉碎，易于脫離基體物質表面。

對于石材表面污垢的清洗，以上機理往往組合運用。通常根據被處理石材和污垢的情況調節光束光脈沖的頻率(每秒0.5到30個脈沖)和振幅(8到25ns)，使污垢物質適當吸收光能。

脈沖激光不斷重復的頻率的沖擊作用可使石材表面和微孔隙中的污垢松動，當激光的沖擊力大于基體對污垢粒子的吸附力時，污垢微粒便脫離基體達到清洗目的。當激光光子能量大于(附著層)污垢分子的鍵能時，激光的光分解、光剝離作用相繼發揮效應，如KrF準分子激光光子能量為SeV，大于有機污物O-O、H-H、O-H、C-C、C-H和N-H等化學鍵的鍵能，激光的作用可以破壞部分化學鍵，分解有機物，從而可清洗有機油污。當激光光束能量密度進一步提高時，一些無機污垢，如含K、Na的鹽以及由有機污垢光分解后產生的無機物可被激光加熱膨脹，產生熱剝離(即光剝離)而脫離基體表面。為了充分利用激光的各種作用，加強激光的清洗效果，往往事先在被清洗基體的表面人為地涂上一些水或水與甲醇或乙醇的混合液體。當激光照射于液膜上時，液膜因急劇受熱，會產生爆炸性汽化。爆炸的沖擊使基體表面的污垢松散并隨沖擊波飛離基體的表面，達到去污的目的。在這種方法中盡管也有污垢粒子的振動和粒子的熱膨脹，但爆炸性沖擊波的作用是主要的，此種方法也稱為：激光+液膜方法。覆蓋于基體表面的液膜的厚度一般為l0Um。