自從 20 世紀(jì) 60 年代第一臺激光器產(chǎn)生以來，具有相干性好、發(fā)散角小、能量高度集中等特點的激光在各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，比如激光測距、激光加工、激光通訊等。到了 20 世紀(jì) 80 年代，人們發(fā)現(xiàn)把高能量的激光束聚焦后照射一些物品的被污染的部位，使被照射的物質(zhì)發(fā)生振動、熔化、蒸發(fā)、燃燒等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過程，可以使污染物最終脫離物品表面，從而實現(xiàn)對表面污染物的清除，這就是激光清洗。此后十幾年來，激光清洗已經(jīng)從實驗室內(nèi)走向了實際應(yīng)用，用于油污、銹蝕的去除、文物、微電子線路板等各種材料的清洗，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

激光清洗的物理原理

脈沖式的激光清洗的過程依賴于激光器所產(chǎn)生的光脈沖的特性，基于由高強度的光束、短脈沖激光及污染層之間的相互作用所導(dǎo)致的光物理反應(yīng)。其物理原理可概括如下：

(1)激光器發(fā)射的光束被需處理表面上的污染層所吸收;

(2)大能量的吸收形成急劇膨脹的等離子體(高度電離的不穩(wěn)定氣體)，產(chǎn)生沖擊波;

(3)沖擊波使污染物變成碎片并被剔除;

(4)光脈沖寬度必須足夠短，以避免使被處理表面遭到破壞的熱積累;

(5)實驗表明，當(dāng)金屬表面上有氧化物時，等離子體產(chǎn)生于金屬表面;

(6)等離子體只在能量密度高于閾值的情況下產(chǎn)生，這個閾值取決于被去除的污染層或氧化層。這個閾值效應(yīng)對在保證基底材料安全的情況下進(jìn)行有效清潔非常重要。

等離子體的出現(xiàn)還存在第二個閾值。如果能量密度超過這一閾值，則基底材料將被破壞。為在保證基底材料安全的前提下進(jìn)行有效的清潔，必須根據(jù)情況調(diào)整激光參數(shù)，使光脈沖的能量密度嚴(yán)格處于兩個閾值之間。每個激光脈沖去除一定厚度的污染層。如果污染層比較厚，則需要多個脈沖進(jìn)行清洗。將表面清洗干凈所需要的脈沖數(shù)量取決于表面污染程度。由兩個閾值產(chǎn)生的一個重要結(jié)果是清洗的自控性。能量密度高于第一閾值的光脈沖將一直剔除污染物，直到達(dá)到基底材料為止。又因為其能量密度低于基底材料的破壞閾值，所以基底不會受到破壞。

激光清洗系統(tǒng)雖然前期一次性投入較高，但清洗系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定使用，運行成本低，更重要的是，可以實現(xiàn)自動化操作。它以自身的優(yōu)勢和不可替代性在許多領(lǐng)域中逐步取代了傳統(tǒng)清洗工藝。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，激光清洗技術(shù)會越來越多地應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活中的各個領(lǐng)域。