文章导读：
- 什么是激光清洗？
- 激光清洗发展历程
- 激光清洗原理（附录：不同材质污物的清洗机理）
- 激光清洗的优势与不足
- 激光清洗的应用
- 常用激光器选型及参数
- 未来展望
什么是激光清洗
激光清洗是利用聚焦的激光作用在材料表面，使被照射的物质发生振动 、熔化 、蒸发 、燃烧等一系列复杂的物理化学过程，使表面的污染物迅速汽化或剥离，从而实现材料表面清洗的技术。激光辐照物体表面时会产生选择性蒸发、快速加热冷却、等离子体爆炸和剥离切除等作用。目前学者们研究的清洗机理主要包括烧蚀、燃烧、熔化、气化、振动、膨胀、收缩、爆炸、飞溅、剥离、分解、降解、电离等物理化学变化。相对于各类传统的物理或化学的清洗方式，激光清洗具备无接触、无耗材、无污染、精度高、无损伤或损伤小等特点，是新一代工业清洗技术的理想选择。
激光清洗发展历程
诺贝尔物理学奖获得者Arthur Schawlow博士在1968年就用红宝石激光发明了一台激光清洗的原型机，用于清除印刷过程中的错误印刷字符，并申请了发明专利。
1972年，加州大学的John Asmus教授受邀到意大利威尼斯，与当地的专家一起探讨如何用激光全息成像技术来记录遭受洪灾的历史遗迹。他们在观察聚焦的红宝石激光与石像之间的作用时，发现石像表面长期积累的污染物被清除干净了，但是石材本身却没有遭受明显损伤。返回美国之后，Asmus在此基础上做了大量的研究工作，尝试了不同的激光在*物文**清洗上的作用，这些工作奠定了脉冲红宝石激光和脉冲Nd:YAG激光用于激光清洗的基础。
20世纪80年代，随着半导体行业的迅速发展，对清洗技术提出了新的要求。传统的清洗方式在清洗晶圆或其他微电子器件表面的微小颗粒污染物时遇到了困难，激光清洗刚好能够解决此类问题，相关的应用研究得以迅速开展，IBM公司、贝尔实验室等知名机构都参与其中。IBM公司的W. Zapka等在1987年首次申请了关于激光清洗方面的专利，而后，A.C. Tam等成功将激光清洗技术应用于去除掩模表面微颗粒。佛罗里达州立大学的Susan Allen教授联合贝尔实验室还开发了“蒸汽清洗”的方式，即在待清洗材料表面覆上一层酒精和水的混合液膜，再用激光照射实现清洗，这样可以大大提高激光清洗的效率。正是这些工作，实现了早期激光清洗技术在工业领域的应用。
20世纪90年*开代**始，更多的研究和应用在欧美展开，工业应用场景也不断拓展。进入21世纪以后，我国也开始了大量激光清洗技术的研究，但是大范围的应用推广只是近五年左右才开始。
激光清洗原理
激光具有强度高 、能量密度大 、聚焦性强 、方向性好的特点 ，激光清洗技术是利用激光脉冲的振动 、粒子的热膨胀 、分子的光分解或相变三种作用或它们的联合作用克服污物与基体表面之间的结合力 , 使污物脱离表面而达到清洗的目的。
激光清洗的原理比较复杂，可能同时包含物理过程和化学过程，在比较多的情况下是以物理过程为主，伴随着部分化学反应。主要过程可以归纳为三类，包括气化过程、冲击过程和振荡过程。
气化过程
当高能量的激光照射到材料表面时，表面吸收激光能量转换成内能，使表面温度迅速升高，达到材料的汽化温度以上，从而使污染物以蒸汽的形式脱离材料表面。在表面污染物对激光的吸收率明显高于基材对激光的吸收率时，通常会发生选择性汽化，比较典型的应用案例是石材表面的脏污清理。如下图所示，石材表面的污染物对激光的吸收较强，迅速被汽化。当污染物被清除干净，激光照射到石材表面时，吸收较弱，较多的激光能量被石材表面散射，石材表面的温度变化小，石材表面因此而得到保护，不受损伤。
以 化学作用 为主的典型过程则是在采用紫外波段的激光进行清洗有机污染物时发生，被称作激光消融（Ablation）。紫外激光的波长较短，光子能量高，比如KrF准分子激光，波长248nm，光子能量高达5 eV，超过CO2激光光子能量（0.12 eV）的40倍。这么高的光子能量足以破坏有机物的分子键，使有机污染物中的C-C、C-H、C-O等在吸收激光的光子能量后发生断裂，从而产生裂解气化，从表面清除。
冲击过程
冲击过程是在激光与材料作用过程中，发生的一系列反应，进而形成的对材料表面的冲击波。在冲击波的作用下，表面污染物发生碎裂，变成粉尘或碎片从表面剥离。造成冲击波的机理有多种，包括等离子体、蒸汽、急剧的热胀冷缩现象等。以等离子体冲击波为例，可以简要了解一下激光清洗中的冲击过程是如何将表面污染物去除的。随着超短脉宽（ns）、超高峰值功率（107 – 1010 W/cm2）激光器的应用，即使表面对激光的吸收较弱的情况下，表面温度依然会急剧升高，瞬间达到汽化温度以上，形成在材料表面上方的蒸气，如下图中（a）所示。蒸气的温度可达到104 - 105 K，可以使蒸气本身或周围的空气发生电离，形成等离子体。等离子体会阻挡激光到达材料表面，材料表面的汽化可能会停止，但是等离子体会继续吸收激光能量，温度持续升高，形成一个局部的超高温超高压的状态，对材料表面产生1-100 kbar的瞬时冲击，并逐步向材料内部传递，如下图（b）和（c）所示。在冲击波作用下，表面污染物发生碎裂，变成微小的粉尘、颗粒或者碎片。当激光从照射位置移开后，等离子体随即消失，局部产生一个负压，污染物的微粒或碎片被从表面移除，如下图（d）所示。
为了避免对基材的损伤，还可以利用更高峰值功率（1012 W/cm2）的激光将材料表面之上的空气电离，形成等离子体冲击波，对材料表面污染物进行清理。等离子体可以造成很强的冲击波，但是冲击波的形成不一定需要形成等离子体。快速汽化形成的蒸气压也可以形成对基体的冲击，比如在材料表面覆盖一层液膜，利用液体的迅速汽化过程提高清洗效率的“蒸汽”清洗方式就是典型的例子。
振荡过程
短脉冲作用下，材料升温和降温的过程都极其迅速。由于不同的材料，其热膨胀系数不同，因此在短脉冲激光照射下，表面污染物和基体会发生高频次的不同程度的热胀冷缩，产生振荡作用，使污染物从材料表面剥落。在此剥落过程中，可能不会发生材料的汽化，也不一定会产生等离子体，而是依靠振荡作用下，在污染物与基材界面形成的剪切力破坏了污染物与基材的结合。研究表明，当激光的入射角稍微加大时，可以增加激光与颗粒污染物和基材界面的接触，降低激光清洗的阈值，振荡作用更加明显，清洗效率更高。但是入射角也不宜过大，太大的入射角会降低作用在材料表面的能量密度，减弱激光的清洗能力。
小结：
微颗粒的激光清洗机理是不同激光清洗方法产生的清洗力大于微颗粒污物与基体的吸附力。
油漆的激光清洗机理与锈蚀的是很相似的，清洗机制中都包含振动效应及烧蚀效应，但油漆属于异质膜层清洗，锈蚀属于同质膜层清洗，两者又是不同的，锈蚀的清洗机制会随着锈蚀厚度的减少而变化，不同学者对机制变化的研究是有差异的。
模具表面污垢清洗机理为高温受热瞬间的蒸发气化与干涉声波产生的力学共振。
激光清洗技术优势与不足
与机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗等传统清洗方法相比，激光清洗具有明显的优点。
1） 绿色环保
激光清洗不使用任何化学药剂，清洗过程产生的残留物很少，且为固体无害粉末，不会对环境造成污染。
2） 无损伤
激光清洗方式为非接触式手段，对被清洗物体不产生机械作用力，无摩擦、热量传导非常低，不会损伤金属物体。
3） 自动化程度高
易实现自动化，降低劳动强度，激光清洗设备可以与机器人相配合实现远距离操作，能够清洗结构复杂的工件部位，降低一些危险场景的清洗操作的事故率。
4）清洁力度强
激光清洗能够清除各种材料表面的各种类型的污染物，达到常规清洗无法达到的清洁度。而且还可以在不损伤材料表面的情况下有选择性地清洗材料表面的污染物。
5） 清洗效率高
激光清洗效率高，清洗后表面抗氧化性强，不用重复多次清洗，节省时间。
6） 使用成本低
购买激光清洗系统虽然前期一次性投入较高，但清洗系统可以长期稳定使用，运行成本低，每小时仅需电费。
大规模应用激光清洗技术还存在以下几个问题：
第一，价格贵，设备前期投资高，有很多行业和用户用不起。很多传统制造业，面对动辄几十万或者上百万的价格，往往是望而却步。
第二，激光清洗相比传统的清洗技术，比如喷砂和化学清洗的方式，效率还比较低。还有待开发更高功率的激光清洗设备，以实现高效的清洗过程。
第三，针对高端的应用，缺少相应的工艺和配套的完整解决方案，行业需要吸纳更多包括激光应用、自动化、智能检测、软件等在内的专业人才。
激光清洗行业应用
目前，激光清洗技术已经逐步在大量行业中被用户熟知和接受，拥有广阔的发展前景。激光清洗不但可以用来清洗有机的污染物，也可以用来清洗无机物，包括金属的锈蚀、金属微粒、灰尘等。下面介绍一些实际应用情况，这些技术已非常成熟，已被广泛应用。
5.1 模具清洗
复合材料模具、轮胎模具和其他橡胶制品模具在使用过程中的定期清理可以采用激光清洗技术替代传统的人工打磨、干冰清洗或喷砂清洗等，以此来提高效率或降低成本。以轮胎模具清洗为例，采用激光清洗可使其在效率基本相当的情况下，使用成本不到干冰清洗的1/10。模具清洗的案例如下：
模具清洗样品
5.2 *器武**装备的清洗
激光清洗技术在*器武**维护保养上广泛应用。采用激光清洗系统，可以高效、快捷地 清除锈蚀、污染物 ，并可以对清除部位进行选择，实现清洗的自动化。采用激光清洗，不但清洁度高于化学清洗工艺，而且对于物体表面几乎无损害。Quantel公司的LASERLASTE通过设定不同参数，还可以在金属物体表面形成一层致密的氧化物保护膜或金属熔融层，提高表面强度和耐腐蚀性。激光清除的废料对环境基本上不构成污染，还可以进行远距离操作，有效减少了对操作人员的健康损害。
5.3 激光除漆
在欧洲激光清洗系统早已应用在航空工业中。飞机的表面过一定时间后要重新喷漆，但是喷漆之前需要将原来的旧漆完全除去。传统的机械清除油漆法容易对飞机的金属表面造成损伤，给安全飞行带来隐患。如采用多个激光清洗系统，可在两天之内将一架A320空中客车表面的漆层完全除掉，且不会损伤到金属表面。
5.4 楼宇外墙的清洗
随着我国经济的飞速发展，越来越多的摩天大楼被建立起来，大楼外墙的清洁问题日益凸现，LASERLASTE激光清洗系统通过最长70米的光纤对建筑物外墙的清洗提供了很好的解决方法，它可以对各种石材、金属、玻璃上的各种污染物进行有效清洗，且比常规清洗效率高很多倍。还可以对建筑物的各种石材上的黑斑、色斑进行清除。LASERLASTE激光清洗系统在嵩山少林寺对建筑物、石碑进行的清洗试验表明，采用激光清洗对保护古建筑恢复外观效果非常好。
5.5 电子工业中的清洗
电子工业使用激光去除氧化物：电子工业需要高精度地去污，特别适合采用激光去氧化物。在电路板焊接前，元件针脚必须彻底去氧化物以保证最佳的电接触，在去污过程中还不能损坏针脚。激光清洗可以满足使用要求，且效率很高，一个针脚只需照射一次激光。
5.6 精密机械工业中的精确去酯清洗：
精密机械工业常常需对零件上用来润滑和抗腐蚀的酯类及矿物油加以清除，通常是用化学方法，而化学清洗往往仍有残留物。激光去酯可以将酯类及矿物油完全去除，不损伤零件表面。其污染物去除是由冲击波完成，零件表面氧化物薄层爆炸性气化形成了冲击波，导致污物去除，而非机械互作用。材料彻底去酯用于航天工业机械零件的清理。机械零件加工中的油酯去除同样可采用激光清洗。
5.7 核电站反应堆内管道清洗：
激光清洗系统还应用于核电站反应堆内管道的清洗。它采用光导纤维，将高功率激光束引入反应堆内部，直接清除放射性粉尘，清洗下来的物质清理方便。
5.8 激光除锈
在很多大型钢结构、装备、基础设施的制造过程中，使用到大量的钢材。在钢材的运输和存放过程中，由于跟潮湿环境的接触、跟汗液的接触或跟其它腐蚀介质的接触，很容易在表面产生锈蚀。对局部的锈蚀，采用激光清洗技术是一种很好的选择。采用200W的MOPA脉冲光纤激光器进行除锈，效率可达到5-20平米/小时（视锈蚀程度而定），清洗样品如下图所示。
激光除锈样品
激光器选型及参数
系统原理
脉冲激光器发生高能脉冲激光，并通过光纤传导至整形模块，由单轴或双轴扫描振镜反射后照射到工件表面的污垢层，对工件表面的锈、油漆、油污、氧化皮、镀层等附着层产生汽化、光剥离、光分解、光振动后实现清洗的目的。
激光清洗的实质是将高能量密度的激光束照射至工件表面，使工件表面的污物、氧化层、镀层或涂层等受热发生瞬间熔融、烧蚀、蒸发或剥离，从而实现工件表面洁净化而不损伤基材的工艺过程，是新一代工业清洁技术的理想选择。
激光类型适用材料
金属表面的除锈、除漆、除油和除氧化层是激光清洗目前应用最多的领域。介于不同激光器在波长、功率等重要参数上存在的差异，不同材料、污渍对激光器波长、功率等要求不一，在实际清洗工作中需根据实际情况选择不同的激光清洗方法。
MOPA激光器、复合激光器是激光清洗市场应用最为广泛的激光器，其次还有少量应用的二氧化碳激光器、紫外激光器、连续激光器。
MOPA脉冲激光清洗，满足各种材料表面清洁
MOPA光纤激光系统的谐振腔本身是一根光纤。MO（Master Oscillator）即主振荡器，是一种低功率激光器，一般选择合适波长的激光器。低功率激光器 LD（laser Diode）可以通过驱动电流直接调制输出参数，然后通过尾纤把由 LD 产生的信号光耦合进 PA（Power Amplifier）功率放大系统进行信号光的放大。
MOPA激光器是激光清洗应用最为广泛的一种，由于MOPA 光纤激光系统可以严格按照耦合进系统的种子信号源进行放大，不会改变激光的相关特性如中心波长、脉冲波形和脉宽。因此参数调节维度更高、范围更广，针对不同材料的不同应用场景，适应性更强、工艺窗口区间更大，满足各种材料表面清洁。
另外，MOPA激光器具有较高的激光能量余量，可以通过改善激光清洗装置，如加大激光加工光斑、配合智能化系统等，实现激光清洗装备升级。值得一提的是，由于MOPA激光器具有优良的性能和灵活的场景适用性，在新能源电池等新兴产业应用尤为广泛。
MOPA激光器在激光清洗中的应用
复合激光清洗，除漆的最佳选择
激光复合清洗通过半导体连续激光作为热传导输出，使待清洗附着物吸收能量产生气化、等离子云，并在金属材料和附着物之间形成热膨胀压力，降低两者层间结合力。当激光器输出高能脉冲激光束时，产生的振动冲击波使结合力不强的附着物直接脱离金属表面，从而实现激光快速清洗。
动力电池壳体除漆
激光复合清洗同时将连续激光和脉冲激光功能性复合，形成1+1＞2的处理特点。速度快、效率高、清洗品质更加均匀，针对不同的材料，还可使用不同波长的激光器同时进行清洗以达到清除污渍的目的。
发卡电机除漆
目前，激光复合清洗被广泛应用在船舶、汽修、橡胶模具、高端机床、轨道以及环保等领域，有效清除物件表面树脂、油漆、油污、污渍、污垢、锈蚀、涂层、镀层以及氧化层。
例如，在较厚涂层材料激光清洗中，单一激光多脉冲能量输出量大、成本高，采用脉冲激光-半导体激光复合清洗，可快速、有效提高清洗质量，且不造成基材损伤；在铝合金等高反射材料激光清洗中，单一激光存在反射率大等问题。采用脉冲激光-半导体激光复合清洗，在半导体激光热导传输的作用下，增大金属表面氧化层能量吸收率，使脉冲激光束能够更快剥离氧化层，从而更有效的提高清除效率，尤其除漆效率提高2倍以上。
二氧化碳激光清洗，清除非金属材料的不二选择
二氧化碳激光器是以CO2气体作为工作物质的气体激光器，里面充以CO2气体和其他辅助气体（氦气和氮气以及少量的氢或氙气），具有较好的方向性、单色性和频率稳定性。由于放电管通常由玻璃或石英材料制成，常见的CO2激光器有玻璃管CO2激光器和金属射频管CO2激光器两种。
除胶
基于本身具有的独特波长，CO2激光器是除胶、除涂层、除油墨等非金属材料表面清洗的不二选择。例如，使用 CO2激光器去除铝合金表面的复合漆层，既不损伤阳极氧化膜表面，又不令其厚度减小。联赢激光在3C产业PCB油墨清洗、新能源动力电池极片轧辊胶清洗、软包极耳封口有着丰富的激光清洗解决方案，能够为客户提供定制化需求。
软包极耳封口除胶
紫外激光清洗，适用精密器件
用于激光微细加工的紫外激光器主要有准分子激光器和全固态激光器。紫外激光波长短、单光子能量高，能够直接打断材料间连接的化学键，材料以气态或微粒的形式被剥离表面，加工过程中产生的热影响区小，在微细制造中具有独特优势，如 Si、GaN 等半导体材料，石英、蓝宝石等光学晶体，以及聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)等高聚物材料，能够有效提高制造品质。
芯片引脚清洗
紫外激光被认为是精密电子领域最佳的激光清洗方案，其最有特点的精细“冷”加工技术在不改变物体物理性质的同时，对表面进行微加工和处理，能广泛应用于通讯、光学、军事、刑侦、医疗等各个行业和领域。例如，5G 时代催生了 FPC 加工市场需求。紫外激光机的应用让 FPC 等材料的精密冷加工成为可能。
连续光纤激光清洗，清除金属表面浮锈
连续光纤激光器工作原理是由泵浦源发出的泵浦光通过一面反射镜耦合进入增益介质中，由于增益介质为掺*土稀**元素光纤，因此泵浦光被吸收，吸收了光子能量的*土稀**离子发生能级跃迁并实现粒子数反转，反转后的粒子经过谐振腔，由激发态跃迁回基态，释放能量，并形成稳定的激光输出，最大优势是可以连续出光。
焊后清洗
实际激光清洗应用中，连续光纤激光器应用较少，但也有少量应用，例如一些大型钢结构、管道等，由于体积大散热快，对基材损伤要求不高，则可以选择连续激光器。
除锈
值得一提的是，随着环形光斑技术的突破及稳定，具备工艺调整方便，操作简单等优势的环形光纤激光器在焊接、清洗领域得到广泛普及，该技术用于除浮锈，能极大地提高清洗效率。
激光清洗主要参数：
激光能量密度、激光波长、脉冲宽度、脉冲次数、激光入射角等。
1）激光能量密度。激光能量密度是激光清洗中最重要的一个参数。激光能量密度是一个精确的数据，它的取值范围在一个狭小的空间中。激光能量密度是单位是J/cm2（焦每平方厘米），激光能量刚刚能清除污染物的阈值叫清洗阈值，激光能量刚刚损伤基底材料的阈值叫损伤阈值，激光能量密度需处在清洗阈值和损伤阈值之间，最佳取值为损伤阈值的80%。
2）激光波长。不同的激光波长只对不同的材料起作用，要先确定污染物是什么，然后选择污染物吸收最强的激光波长。不同的激光波长对导体、半导体、绝缘体差异非常显著，如果同为绝缘体，但是不同的材料，则它们吸收峰值接近但不相同。根据激光波粒二象性原理，激光波长越长，越容易发生衍射，波长越短，材料对激光的吸收率越高，清洗效率也越高。
3）脉冲宽度。也叫脉冲持续时间，是激光脉冲上升和下降到它10%峰值功率点之间的时间间隔，单位为s，脉冲宽度影响材料的热扩散深度和作用时间，它对瞬时温度影响较大。脉冲宽度越小，微粒获得的加速度越大，微粒越容易清除。微粒的加速度与脉冲宽度的平方成反比，脉冲宽度小二分之一，激光能量增加4倍，脉宽越短，能量越容易聚集。
4）脉冲次数。一个激光脉冲所辐射的能量叫脉冲能量，单位为j，脉冲次数 对清洗效果影响巨大，开始清洗时，清洗效率随着脉冲次数增加而增加，但脉冲次数有一个饱和值，后面的清洗效率降低，脉冲达到一定数量后不再具有清洗效果。在清洗过程中50%的时间清洗90%的污染物，50%的时间清洗剩余的10%的污染物。
5）激光入射角。在激光清洗过程中，激光光斑面积和能量不变的情况下，增大激光入射角、清洗效率会显著提高。激光垂直入射时，若微粒对激光不透明，微粒正下方会被遮盖，不能被激光直接照射，增大入射角，可以让激光束之间照射微粒，从而在微粒和基底的交界面发挥作用。入射角的指导原则是激光直射基底材料和污染物的接触点，入手角度选择10-90度都可以。
总结与展望
在先进制造成为国际竞争焦点的情况下，作为先进的激光应用技术，大力推动激光清洗技术的发展，既符合国家战略，又能带来实实在在的社会经济效益。激光清洗技术在工业领域应用潜力巨大，可以预见的市场体量也非常之大，未来将会成为最重要的激光应用技术之一。
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引申阅读：针对不同材质污物的清洗机理
1 微颗粒
很多学者微颗粒激光清洗机理进行研究。微颗粒污物去除机理是激光产生的清洗力克服微颗粒污物与基体的黏结吸附力，使微颗粒污物被去除。根据激光清洗微颗粒时周围介质的不同，可将微颗粒清洗法分为干式激光清洗、湿式激光清洗及激光等离子体冲击波清洗。 干式激光清洗 是微颗粒或基体吸收激光能量后，两者分别或共同产生热膨胀，热膨胀产生振动清洗力，迫使微粒克服附着在基体上的吸附力，使其与基体表面分离。 湿式激光清洗 是使预先涂敷的液膜吸收激光产生爆炸性蒸发、强瞬态压强，使微颗粒与基体之间的吸附力被克服，颗粒污染物喷溅，从基体表面脱离。 等离子体冲击波清洗 是将待清洗基体与激光束平行放置，激光于焦点处汇聚，能量聚积可击穿周围空气介质时，生成等离子体小球，等离子体小球不断膨胀扩大产生冲击应力波，冲击波力大于微颗粒与基体间吸附力时，微颗粒污物脱离基体。
微颗粒污染物的吸附力主要包括毛细力、范德瓦耳斯力和静电力。毛细力由毛细作用产生，湿性环境中占主导，范德瓦尔斯力是一种弱电性吸引力，会使微颗粒产生形变，在干性环境中占主导，静电力主要包含静电接触力和静电镜像力。这些力远远大于微颗粒的自身重力，且传统的清洗方法很难去除。微颗粒污染物与基体的吸附力模型如图1所示。
干式激光清洗产生的热膨胀振动力，湿式激光清洗中液膜吸热产生的爆炸性瞬态蒸发力，激光诱导等离子体产生的冲击波压力，共同组成了激光去除微颗粒污染物的清洗力。当清洗力克服微颗粒污染物与基体间的吸附力时，微颗粒污染物发生膨胀、蒸发、飞溅、剥离，脱离基体而得到清洗。
赵乐阐述激光干式清洗方法的清洗力理论模型：激光辐照微颗粒污染物或基体，其吸收能量产生热能，表面升温，产生热膨胀量，小的膨胀量在极短脉冲时间内产生巨大的瞬时加速度，通过牛顿第二定律即可得到清洗力。赵乐建立的清洗模型准确，用有限元软件对模型数值仿真，可以模拟激光清洗的过程；但是他没有建立湿式激光清洗和激光等离子体清洗的模型，这是一定不足。W.Zapka等通过实验表明，湿式激光清洗的机理是过热流体层的突然爆炸，产生的驱动力致使微颗粒移除。相比干式，湿式激光清洗的效率更高。
2 油漆
学者们研究发现激光的除漆机理主要是 振动效应和烧蚀效应 。2012年施曙东等通过模拟和实验发现在基体未发生损伤时，清洗机理是振动效应，而在基体产生损伤时清洗机理既包括振动效应，也包括烧蚀效应。振动效应即激光辐照漆层与基体，快速的升温与冷却使漆层发生振动，漆层在振动作用下被移除，如图2所示，除漆的振动效应与微颗粒的热膨胀去除机理相似。烧蚀效应即激光辐照漆层，瞬时产生的高温使漆层直接烧蚀、消融、蒸发，如图3所示。
Dan Savastru等阐述了除漆主要是物理机制的拉伸、破坏、粉碎，而不是化学的燃烧，并详细介绍了烧蚀机制：当烧蚀量很小时，所达到的表面温度较低，不利于大块材料的蒸发，在低的通量下所吸收的能量仅能满足烧蚀小的颗粒；在极高的强度下，大块材料被烧蚀，同时伴随着向目标表面垂直传播的强等离子体的产生；随着激光通量的增加，表面消融和热应力产生。Dan Savastru 对烧蚀机制的清洗过程叙述十分详细。Zou Wan-Fang等从热应力角度构建模型，解释了Nd: YAG纳秒脉冲激光清洗附着在铝、铁基底上的油漆机理：油漆表面吸收激光能量，温度上升，进而开始膨胀，在油漆上热膨胀产生热应力，油漆被激光移除的条件即热应力大于附着力。Zou Wan-Fang的油漆清洗机理与其他学者关于干式激光清洗微颗粒的机理是十分相似的。Zhao H等通过研究分析，提出三种可能的对于聚丙烯酸酯树脂漆的剥离机理：燃烧反应，热应力振动效应和等离子体冲击效应。与其他学者关于油漆清洗机理相比，Zhao H额外引入了等离子体冲击效应。
3 锈 蚀
目前对锈蚀清洗机理，研究人员提出的理论模型包括相互作用的四种。 声波冲击机制，烧蚀机制，相爆炸机制及剥离机制 。王欢等研究了激光除锈的物理化学机制，发现激光除锈机理会随锈层残留厚度的变化而改变。当锈蚀层厚度很大时，铁基体无法吸收激光，激光直接照射在铁锈上，因铁锈的热传导率低，激光照射的时间短，大量的热积累在短时间内于锈蚀表层产生，锈蚀表层通过烧蚀机制去除；随着除锈工艺的进行，残留锈蚀层慢慢减薄，基体能吸收部分激光能量后，基体的热弹性膨胀机制将锈蚀层一次性整体去除，锈蚀去除由烧蚀机制转变为膨胀振动机制。李华婷阐明激光清洗膜层可分为异质层激光清洗和同质层激光清洗，锈蚀清洗属于同质层激光清洗，她分别采用大功率和小功率激光进行二次清洗，实验发现激光功率较大时，锈蚀清洗机理是相爆炸机制，锈蚀中空气和水分受热而迅速膨胀产生*破爆**力，使船用钢锈蚀外层被去除；激光功率较小时，锈蚀清洗机理是烧蚀蒸发机制，锈蚀吸收激光能量气化，内锈层得到去除。李伟提出锈蚀分层去除模型，氧化铁锈蚀表层吸收激光能量，达到分解温度后，发生熔化机制，剥离去除；锈蚀中间层内部的空气吸收激光能量后，受热膨胀爆炸，击碎锈蚀层，产生相爆炸去除机制；锈蚀深层与基体吸收激光能量后，发生热弹性膨胀机制。以上几名学者，王欢认为除锈机制由烧蚀效应变为振动效应，李华婷是*破爆**机制到烧蚀机制，李伟认为是熔化剥离机制到相爆炸机制，再到热弹性膨胀机制，三位的研究是有差异的。Michel等研究了对波长透明质氧化层和对波长吸收质氧化层的清洗机理，对于透明介质氧化层，如不锈钢表面的Cr2O3，热机械作用是主要机理，导致界面断裂和裂纹氧化层的剥落；对于吸收介质氧化层，如纯铁上的Fe3O4，烧蚀机理是主要作用机理。张光星总结众多学者的研究，将除锈和除漆的清洗机理概括为冲击效应，蒸发效应以及振动效应。佟艳群说明脉冲激光清洗金属氧化物的机理复杂，激光辐照后，加热的氧化层表面由固态转为液态、气态、等离子态，多种状态共存，同时存在各种热力学、动力学、光学等非寻常的不平衡瞬态过程，详尽研究清洗氧化物的微观机理还有些困难。
4 模具表面污垢
王泽敏等阐明激光清洗模具表面橡胶的机理为：激光辐照产生的高温使橡胶表层瞬间燃烧和气化，激光脉冲产生的热冲击作用和橡胶深层的振动使橡胶颗粒溅射。周桂莲，弓宁满阐明轮胎模具的激光清洗原理是模具基体与表面污垢对特定波长的激光能量吸收系数差别很大，激光能量被表面污垢所吸收，而模具不吸收，使表面污垢受热汽化、挥发，或瞬间膨胀，从而脱离模具表面。孔令兵还说明可利用脉冲激光的高频率特性，迅速重复冲击模具表面，激光束转换成声波，声波在冲击模具硬表面后折返，折返声波再与橡胶污垢表面的入射声波发生相互干涉作用，如岸边的海浪一般，产生共振波，使模具表面污垢发生振动、微小爆裂，从而脱离。张清华对激光清洗轮胎模具进行有限元数值模拟，分析模具的温度场分布及位移场分布情况，得出其清洗机理为瞬时热应力、热位移引起的基体热振动效应和超高激光能量产生的烧蚀效应。弓宁满关于模具清洗机理的研究只说明瞬间受热汽化蒸发，有些片面；王泽敏和孔令兵的研究不仅包含瞬间受热气化蒸发，而且包含热冲击、共振等作用机理，更完善一些。王超群阐明模具激光清洗原理除激光脉冲振动去污外还包括光分解、光剥离。模具表面污垢包括硫化物、无极氧化物、硅油、炭黑等，其分子中存在多种化学键，当激光光子能量大于污垢化学键能时，激光的光分解、光剥离可清洗掉有机污垢。王超群的研究中激光脉冲作用机理与其他学者相同，而从光子能量和污垢化学键能角度叙述清洗模具污垢机理，十分新颖。D.J.Kong等研究表明橡胶硫化污物与基体之间黏结力的克服通常是三种方式，激光脉冲振荡产生力学共振致橡胶剥离、橡胶颗粒热膨胀、橡胶分子光解和转换。其克服黏结力的论说机理和微颗粒清洗机理相似。
5 其 他
Watkins在文献中说明*物文**的污物清洗机制可能有选择性蒸发，迅速膨胀，光热分解，剥蚀去除。宋峰说明对于激光清洗绘画的基本原理是：画作表面的污染物吸收光能，产生吸热膨胀导致的光剥离和化学键断裂引起的光分解，最后从绘画表面脱落；对于雕塑或古建筑，其激光剥除机制为选择性分解蒸发以及由超声波引发的分裂。齐扬对云岗砂岩表面的粉尘沉积污物和烟熏污物进行了干式和湿式的激光清洗，说明其清洗机理是污物温升产生的热应变，液膜蒸发气化产生的*破爆**压力等。叶亚云等用CO2激光对镀金光栅表面的硅油进行清洗，机理是激光辐照产生的热效应使硅油汽化蒸发，脱离光栅表面。Kolar J等使用Nd:YAG激光对受污染纤维素纸张进行了辐照清洗，实验表明辐照后纤维素纸质无明显变化，污染物变色降解。