激光烧蚀技术被广泛的用来在各种不同表面去除不需要的层。已经证明了它是文物1,2和绘画作品1,2,3清洗过程的有效手段；这一应用依赖于被去除的层的强吸收效应，虽然在此过程中对底下的几层会有少量穿透。可以利用光谱技术极其精确的控制烧蚀深度。我们实验室开发的激光技术目前被用来清洗珍贵文物和艺术作品。
兰艺术品收藏中，利用了激光
来清洗15扇被灰泥污染褪色
的玻璃窗；图中可见用波长
为1064 nm的调Q Nd：YAG激光器
来清洗的细节。清洗过程
由希腊私营公司Lithou
Sintirissis进行。保养工作是
由希腊克利特电子结构和激
光器研究所（IESL-FORTH）
进行科学技术监管。
激光清洗技术可能有用的另一个领域是船壳的清洗。4,5因为轮船油漆的损坏，它们需要定期修理。通常是将船停靠在一个干燥的码头，使用化学方法把所有油漆剥落下来，重新油漆轮船。这是一项很耗时间的工作，价格昂贵，对环境有较严重的破坏，而且工作条件对工人的健康不利。我们实验室目前正研究利用高功率激光器对船壳上油漆损坏进行自动化修理的技术。利用一系列不同功率的激光器（波长从红外到紫外波段），对损坏了的油漆进行小面积的去除，获得了可喜成果。由于激光清洗技术仅把油漆被损坏的部分去除掉，它更加快速，且需要重新油漆的部分有限，因此降低了经济成本和对环境的破坏。而且，它的操作是遥控的，不需要使用有害化学药品，它不会危及工人们的健康。
大理石文物的清洗
大理石文物暴露在周围环境条件下，会导致表面层的产生，也就是通常所说的“污垢层”。这些污垢包括：
◆土壤-灰尘沉积物，通常可以在从废墟中挖掘出或陈列着的艺术品中看到。它们含有大量碳酸盐，铝硅酸盐和各种红棕色的铁的氧化物。
◆黑色、树枝状堆积着的污垢，它是在一些被不会被雨淋的区域产生的，主要包括了石膏，方解石，硅酸盐，黑色微粒，灰尘的沉积，煤烟等等。
在清洗石质艺术品时，有两个主要要求：去除污垢层，保持艺术品的原有外形，延长它的使用寿命，以及保持原有的表面，从而强化雕刻的细节。
烧蚀率随光通量的变化关系
传统上来说，大理石艺术品是使用化学或者机械手段来清洗的。然而，这些过程可控程度太低，所以过去，它们导致了艺术品的破坏。与此相比，激光清洗技术通过自限现象来提供控制和选择，在自限现象中，污垢层的烧蚀阈值远低于大理石物质的烧蚀阈值（在Nd:YAG激光器的主要波段）6。Nd:YAG激光器出来的脉冲调制输出可以安全的去除石头上的黑色污垢薄层，它通过先在接近表面的地方产生等离子体，而后烧蚀并且蒸发掉被污染的层。在相同区域的后续脉冲在干净的石头上被漫反射。图1清楚的说明了这点，其中给出了大理石和污垢层的烧蚀阈值。
为了说明激光清洗在古代文物方面的成功应用，图2给出了一个古代雕塑在激光清洗以前/以后的细节比较7。该雕塑是古麦西尼古的赫尔墨斯，它是公元一世纪的特大雕塑，于1996年在希腊Peloponesse的古麦西尼古出土遗迹中由P. Themelis教授发现。
XRD和SEM-EDX分析结果说明该表层是碳酸盐，而且含大量铝硅酸盐。没有发现石膏，不过它的红棕色特性应该是由于铁的不同氧化物带来的。人们进行了岩类学分析以得到表层与大理石物质之间的关系，找出了表层的附着与大理石的表面条件之间的联系。研究发现，在材料完整的区域，也就是雕塑朝下埋着的部分，表面形成的壳层很好的附着在物质上，厚度有2-3 mm。而经过修饰雕刻的区域，也就是雕塑朝上的部分，形成的壳层很薄，而且穿透到晶体的交界面处。目前，我们实验室利用激光来清洗一系列的古石碑，包括了西帕台农神庙内檐壁的装饰石块。 nextpage
斯雕塑经波长为1064 nmd
的调Q、Nd:YAG激光清洗
前后细节对比。清洗过程是
由希腊私营公司Lithou
Sintirissis在古麦西尼古博
物馆现场进行的，保养工作
是由希腊克利特电子结构和
激光器研究所（IESL-FORTH）
进行科学技术监管。
绘画作品的清洗
大部分的绘画作品都覆盖着清漆层（一般为50-80 μm厚） ，用来保护原有的绘画表面，同时提高它的颜色。清漆层容易自然老化（聚合作用和光氧化作用），这导致了表面形成黑色、坚固的薄膜层。此外，外界的污染物，如灰尘，煤烟，蜡烛烟（放在教堂中的画作），以及尘埃，这些污染物一般都会造成对原有颜色的干扰，以及艺术家观看作品时视觉效果的变形。
这些表层的去除是复杂又冒险的过程。必须满足以下的要求：画作表面的清洗，同时去除由于尘埃和光降解作用的产物，还有其他可能存在于画作表面的物质。同样的，传统技术是使用机械和化学手段。然而，控制这些手段是极为困难的；机械手段可能会导致作品上的物质也被去掉，而化学药品可能会穿透艺术作品，结果破坏颜料。这两种手段可能导致对艺术品不可逆转的破坏。
与此相比，激光清洗提供了高度的可控性和可选择性。它是利用紫外准分子激光器来实现的，因为在紫外波段物质具有高吸收性。利用这一方式，烧蚀效果和物质的去除效果都是最好的，而且光对下表面的穿透效应也最小。每个脉冲可以去除的层厚度在0.1-1 μm，而且利用比如多光谱成像和激光诱导破坏的光谱分析（LIBS）等技术，可以十分精确的控制该厚度。
为了说明激光在清洗绘画作品中的成功应用，图3给出了一个拜占庭肖像画在激光清洗前后的对比图片。这是17世纪时的希腊圣山（阿陀斯山）先知以赛亚的肖像画，该画像已被严重的风化。该作品处于如此易损坏的状态，因此根本不适合用机械或化学手段来处理。
该肖像画的成功清洗导致了激光对绘画作品清洗的进一步研究，我们实验室已经处理了几个世界著名的艺术作品。
利用紫外准分子激光器清洗前
（左）、后（右）的图片对比
船壳的清洗
轮船油漆的损坏要求它们被定期修整。轮船的清洗并不要求有和古文物和艺术作品一样级别的精确度和可控性。然而，这个领域的研究却是很热门的，因为人们要求在船壳的修理过程中要降低经济成本和对环境的破坏。激光清洗是一个很有发展潜力的手段，因为它只要把被损坏的油漆去除，所以能够降低经济成本和对环境的破坏。
在利用激光来清洗船壳的过程中，我们研究了下列的激光光源，范围覆盖了红外，可见和紫外波段：
◆自由振荡Nd:YAG激光器，工作的主要波长为1064 nm，脉宽在微秒量级。
◆调Q激光器，工作的主要波长为1064 nm和波长为355 nm的三次谐波（研究了共同作用和分别作用的情况）。脉宽在纳秒量级。
◆高达200 Hz的准分子激光器，波长248 nm，脉宽在纳秒量级。
图4给出了每焦耳的烧蚀深度。毫不令人吃惊的是最有用的波长在248 nm附近。然而，获得一个高重复频率，高功率的准分子激光器，并且把光束传输到船壳的过程，存在着几个财政上和准备工作上的问题。如果把光束传输和成本也列入考虑的话，调Q激光器和Nd:YAG激光器就更为实用了。
下的每焦耳烧蚀深度
结语：这篇文章给出了在激光清洗领域内，我们实验室从事的一些工作，主要的应用包括了古文物和艺术作品的修复和保存，以及轮船的维护。我们给出了用于清洗和保存大理石的最合适激光是工作于主要波段的Nd:YAG激光器，而用于清洗和保存绘画作品最合适的是紫外准分子激光器。我们还给出了船壳清洗最合适的但通常不太实用的是紫外准分子激光器，而红外Nd:YAG激光器是更可行的选择。
