激光清洗技术的原理及应用PPT课件
激光清洗技术 llll
CO2激光器
应用
激光敷层的清除
YAG （钇铝石榴石）激 光器 准分子激光器
模具的清洗
微电子工业；高精度的要 求高于大体积清除或成本
石材
古代文献 其他
武器
激光清洗应用 核反应堆内管道
模具 油脂 纹身
展望
• 激光清洗技术近两年发展很快，不论是对激光清洗 的工艺参数和清洗机理、清洗对象的研究或是应用 方面的研究都取得了很大的进展。由于激光器及其 配套硬件的费用较高，使激光清洗技术的应用范围 受到极大的限制，特别在低成本对象的清洗中还难 以承受。今后激光清洗技术在文物和艺术品的保护 方面将得到更广泛的应用，其市场前景非常广阔。 随着科学技术的发展，如果激光器及其硬件的成本 不断下降，该项技术在工业中的应用也将成为现实， 其应用范围也会随之拓宽。
特性类型（1） 源自干式”清洗，且 （1）激光干洗法； 清洁度高于； （2）激光+液膜法（使 用最广）； （2）使用范围十分广； （3）激光+惰性气体法； （3）不损伤基材表面； （4）激光+化学试剂；
（4）自动化操作；
（5）寿命高、成本低；
（6） “绿色”清洗工艺， 基本上不污染环境；
激光器的选择
当遇到
还有其他**）*&*……&）*￥@@#
就当人类绝望的时候。。。
激光清 洗技术 给人类 带来了 福音
激光清洗技术的机理
机理: 基于物体表面污染物吸收激光能 量后，或汽化挥发，或瞬间受热膨胀 而克服表面对粒子的吸附力，使其脱 离物体表面，进而达到清洗的目的。
1.激光汽化分解； 2.激光剥离； 3.污物粒子热膨胀； 4.基体表面振动和粒子振动
谢谢！
制作人：程思禹 黎修锋
激光原理与应用讲教学课件
激光设备应在指定的、安全的场所使用，并确保该场所没有其他人 员或物体受到激光的潜在危害。
规定操作流程
使用激光设备前，必须阅读并理解操作手册，并按照手册中的步骤 进行操作。任何违反操作流程的行为都可能导致严重的后果。
定期检查和维护
激光设备应定期进行检查和维护，以确保其处于良好的工作状态，并 消除任何潜在的安全隐患。
亮度高
激光的能量密度很大，亮 度高，可以在很短的时间 内集中很大的能量
激光的分 类
按工作物质分类 气体激光器、液体激光器、固体激光 器、化学激光器和自由电子激光器等
按输出波长分类
远红外激光器、近红外激光器、可见 激光器、紫外激光器、X射线激光器 和超短激光器等
材料加工
01
02
利用激光的高能量密度，实现金属和非金属材料的切割、 焊接、打孔等。
应用：汽车制造、航空航天、电子制造。
03
04
激光快速成型
利用激光制造三维物体，具有速度快、精度高、成本低 等优点。
05
06
应用：产品原型制造、医疗器械制造。
04 激光技术的前沿 与展望
高功率激光技 术
总结词
高功率激光技术是目前激光领域的前沿技术之一，是推动激光技术进步的重要力 量。
激光原理与应用教学课件
contents
目录
• 激光原理概述 • 激光原理的基本概念 • 激光器件及应用 • 激光技术的前沿与展望 • 激光安全与防护
01 激光原理概述
激光的产生
激光是受激辐射光放大的简称，是原子或分子中的电子在吸收能量后，从低能级跃 迁到高能级，再从高能级回落到低能级时，释放的能量以光子的形式放
详细描述
光纤激光器利用光纤作为增益介质，具有体积小、散热效果好、易于维护等优点。同时，光纤激光器的光束质量 也优于传统固体激光器，能够实现更远距离的传输和更好的聚焦效果。目前，光纤激光器已经被广泛应用于工业、 医疗、军事等领域。
激光原理及应用ppt课件
激光调制前
激光调制后
4.机械运动系统
• 基片送入后，高精度伺服电机在微机的控制下转动振镜的角度；
• 激光束通过扫描镜的反射，由f-θ场镜聚焦到基片的边缘位置上；
• 在微机上通过专用的控制软件输入总的清边面积、激光束的行走速度 和需要重复的次数；
E2
E2
E1
E1
自发辐射跃迁
自发辐射光子
c. 受激辐射（激光）: 当频率为=ν（E2-E1）/h的光子入射时，会引发粒子以一定的概率，迅 速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都 相同的光子。
E2
E2
入射光子
E1
E1
受激辐射光子 入射光子
受激辐射跃迁 3-2 粒子数反转
(Top flat)
高斯
多元高斯
• 减少脉冲时间，高的峰值能量，更多的能量密度
Less pulse time, high peak power more energy density
能量密度=功率/频率/光斑面积
pulse
1.1uW/um=220W/20KHz/900um2
Hz
4.重叠率计算——Overlap
全反光镜
反光镜： （越75%
）
Shutter
激光器外形 接光纤
Q-Switch
晶体腔
功率计
激光器内部分解图（P4）
Q-Switch 半反镜
晶体腔 光纤耦合器
镜头聚焦原理——凸透镜
激光刻划原理——以P1为例
光斑
1.Beam Shaping （激光束形状）
• 一般的激光都为高斯分布的波形，即高斯光束，为实现特殊的制程需求，需要转变 成为扁平式波形的平顶光束，即Top Hat，通过透镜组改变光束质量和形状产生。
激光清洗机理
激光清洗机理：
激光清洗霉菌的机理主要是激光光子与霉菌微生物的大分子的相互作用产生光分解效应，以及热效应。
光分解效应是指当粘附物分子的结合能力小雨辐照激光的分子能量，其结合键被破坏或削弱，实现削饣虫，达到清洗的目的。
实验所采用的三倍频N：YAG激光（波长355nm）的单光子能量（3.5ev）是CO2激光的单光子能量（0.12ev）的30倍。
这个能量足以破坏霉菌分泌物与宣纸表面分子间形成的氢键、化学键。
这些键断裂使得霉菌最终脱离宣纸表面。
主要有三个参数会对激光清洗霉菌时光分解效应以及热效应产生影响：
脉冲宽度，短脉冲激光能量较高，使得表面上的霉菌瞬间被光分解而不会对集体表面造成损伤。
激光的能量密度，对于激光清洗来讲激光的能量密度必须控制在污染物的损伤阈值和集体损伤阈值之间。
当一次激光扫描不能实现霉菌的清除时，可以通过多次扫描来实现。
波长的选择应该是使霉菌对激光应有高吸收、低反射率以及较小的透过率。
霉菌有机分子对红外线和紫外线的激光均有较高的吸收率。
相关参数：（激光能量密度H=Pt/vtd=P/vl P激光输出功率比，t时间，v扫描速度，l扫描痕迹宽度）。
激光机作业中的激光清洗与表面处理技术
激光机作业中的激光清洗与表面处理技术激光清洗与表面处理技术，作为现代激光机作业中的重要组成部分，已经在多个领域得到广泛应用。
激光清洗技术利用激光束的高浓度能量，以非接触方式清除表面的污垢和涂层，具有高效、无损伤和环保等优点。
而激光表面处理技术则可通过调节激光束的参数，实现对材料表面的改性和功能化。
本文将从激光清洗和激光表面处理两个方面介绍其原理、应用以及未来发展方向。
一、激光清洗技术激光清洗技术是利用激光束的高能量密度，将污垢或涂层表面加热瞬间蒸发或熔化，实现无接触地去除。
相比传统清洗方法，激光清洗具有以下优势：1. 高效能：激光束能量密度高，可以快速实现表面清洗，提高作业效率。
2. 无损伤：激光清洗过程中不会对物体表面造成磨损或刮伤，保持材料的原有性能。
3. 环保节能：激光清洗无需使用化学清洗剂，减少了对环境的污染，并且节约了能源资源。
激光清洗技术在多个领域得到了应用，如汽车维修领域中的发动机零件清洗、电子设备制造中的PCB板清洗以及文物保护中的古籍清洗等。
随着激光技术的不断提升和创新，激光清洗技术的应用领域还将进一步扩展。
二、激光表面处理技术激光表面处理技术是指利用激光束对材料表面进行能量输入，实现表面的改性和功能化。
通过调节激光束的参数（能量、功率、波长等），可以实现表面的熔化、蒸发、热化学反应等效应，从而改善材料的性能和功能。
激光表面处理技术的主要应用包括：1. 材料表面改性：激光束的能量输入可以改变材料表面的组织结构，提高材料的硬度、耐磨性等性能。
2. 表面合金化：通过激光加热，将外加的合金元素与基体材料进行熔合，形成硬度高、耐腐蚀的合金表面。
3. 表面纳米结构形成：激光可在材料表面形成纳米颗粒或纳米结构，改变表面的光学特性、润湿性等。
激光表面处理技术的应用领域广泛，如航空航天领域中的发动机叶片涂层、光学玻璃表面处理、生物医学材料的改性等。
随着激光技术的不断发展，激光表面处理技术将进一步加强材料与激光的相互作用，探索更多新的应用领域。
光应用的新领域一激光清洗
光应用的新领域一激光清洗激光应用的新领域—激光清洗的原理及应用概况。
介绍了两种激光清洗的实例高重复率激光高速清洗固体表面, 和激光清除宇宙空间垃圾。
激光清洗及特点激光清洗是利用激光高速有效地清除清洁对象表面附着物或表面涂层的技术。
就其清洗机理而言, 可分为两大类。
一类是利用清洁基片也称为母体与表面附着物对某一波长激光能量, 具有差别很大的吸收系数。
辐射到表面的激光能量, 大部分被表面附着物所吸收, 使之受热或汽化挥发、或瞬间膨胀, 并被表面形成的蒸汽流带动脱离物体表面, 达到清洗目的。
而基片吸收能量极小, 不会被损伤。
对此类激光清洗, 选择合适的波长和控制好激光能量, 是现安全高效清洗的关键。
另一类是适用于清洁基片与表面附着物的激光能量吸收系数差别不大, 或基片对涂层受热形成的酸性蒸汽较敏感, 或涂层受热后会产生有毒物质等情况的清洗方法。
通常利用高功率高重复率的脉冲激光冲击被清洗的表面, 使部分光束转换成声波。
声波击中下层硬表面后, 返回的部分与激光产生的入射声波发生干涉, 产生高能波, 使涂层发生微小爆炸, 涂层被粉碎、压成粉末, 再被真空泵清除, 而底下的基片不会损伤。
激光清洗与机械磨擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗等传统清洗方法相比,有明显的优点。
它高效、快捷、成本低对基片的热负荷和机械负荷小, 清洗为非损伤性废物可回收, 无环境污染安全可靠, 不损害操作人员健康多功能, 可以清除各种不同厚度、不同成份的涂层清洁过程易于实现自动化控制, 实现远距离遥控清洗。
激光清洗的发展与现状1975年日刊报道了前苏联的几位科学家将激光技术用于清除水面漂浮的石油。
不仅可以提高清除效率, 做到无二次污染, 而且能够回收石油。
年前苏联的两位科学家又报道了用20W连续二氧化碳激光器清洁柏油路面的燃料斑和油斑, 高效而快捷。
随着气体激光器技术不断完善、价格降低半导体激光器功率不断提高、发光波长扩展固体激光器日益成熟, 使得激光光源更趋于多样化、小型化, 易于操纵控制。
激光清洗技术的原理及应用ppt课件
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二、激光清洗技术的原理
3、清洗方法2——液膜法
先沉积一层液膜于基体表面然后用激光辐、清洗方法3——激光+惰性气体法
激光辐射的同时，用惰性气体吹向工件表面，当污物 从表面剥离后，就被气体远远吹离表面，避免清洁表面再 次污染和氧化。
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三、激光清洗技术的应用
4、核电反应堆内管道的清洗
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。而且由于是远 距离操作，可以确保工作人员的安全。
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四、小结
激光清洗技术可以用于液体、固体、文物污垢和宇 宙空间，废弃物是易爆的或基体容易被破坏等的情况， 利用激光更具优点:安全、高效、可靠。在飞机、船舶 等金属表面的除锈、除漆、建筑物表面清洁泥污，微电 子行业晶体表面清洗等方面的应用，显示着极佳的优越 性。
可以推测，随着激光技术的发展，激光成本的下降， 激光清洗技术应用会更加广泛。
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《非传统加工技术》
谢谢！
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二、激光清洗技术的原理
1、污物存在形式
污物和表面之间的结合力主要有:共价键、双偶极子 、毛细作用、氢键、吸附力和静电力等。其中毛细力、 吸附力和静电力(如图1)最难破坏。
图1 污特在固体表面吸附时的三种基本力
注：毛细力来自很薄的液体层(如大气湿度)在粒子和基体表面之间 · 微小空隙处产生的凝聚；吸附力是微米级污染物的主要附着力。
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二、激光清洗技术的原理
2、清洗机理
基 本 原 理
激光束至少可以产生3方面的作用:
1)在固体表面产生力学共振现象，使表面污垢层或凝结物碎裂脱落; 2)使表面污垢层受热膨胀，从而克服基本物质对污垢粒子的吸附力
激光清洗的原理
激光清洗的原理激光清洗是一种高效、环保、非接触式的清洗技术，在各个领域的应用越来越广泛。
其原理是利用激光的能量和光束特性，通过光热效应、光化学效应和光机械效应等作用机制，将目标物表面的污染物和附着物清除掉，达到清洁目的。
下面将详细介绍激光清洗的原理。
激光清洗原理主要包括吸收效应、等离子效应和蒸发效应。
首先是吸收效应。
激光的能量主要通过被清洗物表面的吸收而转化为热能，使污染物和附着物的物理和化学性质发生变化。
当激光束照射到目标物表面时，其能量会被目标物表面的污染物吸收，导致污染物吸收点升温，发生热膨胀和融化等现象。
热膨胀会产生热压力，导致污染物与基材的粘附力瞬间降低，从而使污染物与基材分离。
其次是等离子效应。
激光束的功率密度高于材料的阈值时，会产生等离子体。
等离子体是由带正电荷的离子和自由电子组成的高能电磁场，能够剥离污染物与基材的化学键或离解分子结构，从而清洗目标物表面的污染物。
等离子体通过电子的击穿效应，可以摧毁和清除难以被化学方法或机械方法清除的附着物。
最后是蒸发效应。
激光束照射到污染物表面时，光能量被污染物吸收后，会将污染物加热到高温，使其温度升高到蒸发温度以上，使污染物蒸发掉。
蒸发效应可以在不损伤基材的情况下，将污染物彻底清除。
除了上述主要原理，激光清洗还可通过辅助气体的喷射、光化学反应等效应实现清洗目的。
辅助气体的喷射可以起到冷却和清扫的作用，既能快速冷却热膨胀区域，防止基材受热损伤，又能清除被清洗表面的融化或蒸发后的污染物。
光化学反应是激光与目标物表面的化学物质发生反应，从而改变化学性质，实现清洗作用。
激光清洗的优点主要有以下几点：首先，激光清洗可以实现非接触式清洗，无需直接接触物品表面，避免了物理清洗可能带来的损伤和变形等问题。
其次，激光清洗可以精确控制清洗区域和能量，对不同形状、材质和表面性质的目标物清洗效果好，可以大幅提高清洗效率和质量。
再次，激光清洗过程中无需使用化学物质和溶剂，避免了对环境的污染和人体健康的影响，符合环保要求。
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三、激光清洗技术的应用
1、艺术品清洗
1a 绘画原貌 1b 绘画顶部用激光清洗，底部用化学溶剂 1c 原貌与激光清洗后的效果对比 1d 激光+化学溶剂联合清洗
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三、激光清洗技术的应用
2、模具的清洗
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三、激光清洗技术的应用
3、飞机旧漆的清除
在欧洲激光清洗系统早已应用于航空工业中。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。
3、清洗方法1——干洗法
采用脉冲直接辐射去污，激光被基体或粒子吸收后产 生振动，从而使基体和污染物分离。
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二、激光清洗技术的原理
3、清洗方法2——液膜法
先沉积一层液膜于基体表面然后用激光辐射去污。
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二、激光清洗技术的原理
3、清洗方法3——激光+惰性气体法
激光辐射的同时，用惰性气体吹向工件表面，当污物 从表面剥离后，就被气体远远吹离表面，避免清洁表面再 次污染和氧化。
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二、激光清洗技术的原理
1、污物存在形式
污物和表面之间的结合力主要有:共价键、双偶极子、 毛细作用、氢键、吸附力和静电力等。其中毛细力、吸 附力和静电力(如图1)最难破坏。
图1 污特在固体表面吸附时的三种基本力
注：毛细力来自很薄的液体层(如大气湿度)在粒子和基体表面之间 · 微小空隙处产生的凝聚；吸附力是微米级污染物的主要附着力。
《非传统加工技术》
激光清洗技术的原理及应用XXX NhomakorabeaXXXX
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随着科技的进步与发展，激光加工技术在生产实践中得 到了广泛的应用。激光加工（Lasser Beam Machining,LBM） 可以用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理等。 作为激光加工技术的一个分支，激光清洗技术应运而生。
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三、激光清洗技术的应用
4、核电反应堆内管道的清洗
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。而且由于是远 距离操作，可以确保工作人员的安全。
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四、小结
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《非传统加工技术》
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二、激光清洗技术的原理
2、清洗机理
基 本 原 理
激光束至少可以产生3方面的作用:
1)在固体表面产生力学共振现象，使表面污垢层或凝结物碎裂脱落; 2)使表面污垢层受热膨胀，从而克服基本物质对污垢粒子的吸附力
而脱离物体表面; 3)瞬间使污垢分子蒸发、气化或分解。
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二、激光清洗技术的原理