悦读科学丛书
光涤万物：探秘奇妙的激光清洗
宋 峰 著
北 京
内 容 简 介
工业生产和日常生活中，每天都要进行清洗。激光是一种神奇的光，与普通光源相比它
有很多独特性质。利用激光可以进行清洗，且清洗方式绿色环保。本书是一部系统介绍激光
清洗技术的科普读物。全书从“清洗是什么、为什么要清洗”讲起，梳理了传统的物理、化
学清洗方法，介绍了激光的产生、特性，深入浅出地叙述了激光清洗的基本原理、设备构成、
关键参数和技术分类。书中结合模具、芯片、文物、涂层、金属除锈、复合材料等典型应用场
景，展示了激光清洗在工业制造、文物修复和精密加工中的实际应用；此外，还介绍了智能监
控、机器视觉、深度学习等人工智能技术带来的新发展。本书内容兼顾科学原理、工程实践与
行业前沿，语言通俗生动，案例丰富，既适合青少年和普通读者了解激光科技，也可供相关
专业学生、技术人员及产业从业者参考，帮助读者认识这一高效、精准、绿色的现代清洗技术。
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图书在版编目 (CIP) 数据
光涤万物 : 探秘奇妙的激光清洗 / 宋峰著. -- 北京 : 清华大学出版社, 2026. 10.
(悦读科学丛书). -- ISBN 978-7-302-72890-0
Ⅰ. TB4-49
中国国家版本馆CIP数据核字第20269RA922号
责任编辑：鲁永芳
封面设计：常雪影
责任校对：欧 洋
责任印制：刘海龙
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印 装 者：天津鑫丰华印务有限公司
经 销：全国新华书店
开 本：170mm×240mm 印 张：12 字 数：206千字
版 次：2026年10月第1版 印 次：2026年10月第1次印刷
定 价：49.00元
产品编号：090825-01
序
清洗，无处不在。无论是物理清洗还是化学清洗，都让我们的环境变得更加
洁净宜人，生活更加美好，也让工业生产更为顺畅、效率更高，产品质量更优。
激光是一种神奇的光，自1960年问世以来，已广泛应用于工农业生产、科
研和国防等众多领域。激光原理的发现者、激光技术的发明者和应用者，多人荣
获诺贝尔奖，这充分彰显了激光对人类进步与社会发展的巨大推动力。
1965年，激光领域的先驱、诺贝尔物理学奖得主阿瑟·伦纳德·肖洛（Arthur
Leonard Schawlow）用脉冲激光照射印有油墨字迹的纸张，发现墨迹迅速汽化，
而纸张本身毫发无损，由此首次提出“激光擦”的概念。1969年，贝德尔（S.
Bedair）开展了相关实验，并正式提出“激光清洗”这一术语。另一位激光先
驱、诺贝尔物理学奖得主亚历山大·米哈伊洛维奇·普罗霍罗夫（Aleksandr
Mikhailovich Prokhorov）的课题组则利用激光清洗半导体材料表面的微粒。
进入20世纪80年代，激光清洗受到更多关注，在半导体线路板清洗、文
物保护、脱漆除锈等领域得到广泛研究，并在实际应用中初露锋芒。至2010年
代，激光清洗设备逐渐走向市场，中国科学家也越来越多地投身于该领域的研发
工作。
20多年前，我们开始关注激光清洗。在国家研发项目（项目号：
2022YFB4601500、2017YFB0405100）和国家自然科学基金项目的支持下，我
们在激光清洗领域取得了一定成果。在国家出版基金的资助下，我们在清华大
学出版社出版了专著《激光清洗技术与应用》，作为罗先刚院士主编的“变革性
光科学与技术丛书”之一；在此基础上，在施普林格（Springer）出版了Laser
Cleaning: Fundamentals and Applications（《激光清洗：基础与应用》）。此后，在
国家自然科学基金研究成果专著出版基金和天津市科协学术著作出版基金的资助
下，我们在科学出版社出版了专著《激光清洗原理与技术》。这几部书均聚焦激
光清洗，但前两部侧重于具体应用，后者则针对不同清洗场景对应的原理模型，
光涤万物：探秘奇妙的激光清洗
II
突出理论指导作用。专著撰写过程中，承蒙姚建铨院士和黄维院士的指导与帮助，
两位院士欣然作序。
如今，激光清洗正走向实用化，而AI技术的发展又为其注入了新的活力。
为了更好地普及激光清洗知识，我们撰写这本科普读物，期望让更多人了解这一
技术。全书共分10章：第1章简要介绍清洗及其四要素；第2章阐述清洗的意义
与重要性；第3章与第4章分别叙述物理清洗和化学清洗两类清洗方式；第5章
介绍激光基本原理及常用激光器；第6章概述激光清洗的工作原理、分类和特点；
第7~9章分别展示激光清洗在几个典型领域的应用；第10章则指出激光清洗与
人工智能（AI）结合后，应用前景更为广阔。
本书成书过程中，得到国家研发项目（项目号：2022YFB4601500）的出版
资助。实验室老师冯鸣、刘丽飒、刘汉雄和学生们给予了帮助，赵泽家、刘鑫、
潘文锋、林德惠、董禹廷等研究生在激光清洗研究、资料收集、文献查阅、文稿
校对方面投入了很多时间和精力；尤其是梁飞博士研究生在书稿目录、用词修改
及制图等方面提出了诸多建设性建议，并做了很多实际工作；江苏省常熟中学尤
宇丹老师绘制了多幅插图。撰写过程中，我们借鉴了国内外相关研究和实践成果，
部分内容直接引自网络，未能一一标注，在此一并致谢。衷心感谢清华大学出版
社及鲁永芳等编辑，感谢他们的专业素养和辛勤付出，使本书得以顺利面世。
现将此前两本专著中的小诗录于此处，并再为本科普书作一首，愿通过这本
小书，让激光清洗的科普之光照亮更多角落，让更多人了解它、应用它。
其一（2021年，《激光清洗技术与应用》）：
恩师前有序，弟子后成跋。
廿载磨研路，五年捧血花。
才疏抛陋璞，学厚指疵瑕。
清洗如朝日，激光照万家。
其二（2025年，《激光清洗原理与技术》）：
黄兄前作序，愚弟后成跋。
激射传千里，人间浴万花。
清除尘世垢，洗去璧珵瑕。
斗胆编微册，抛砖引大家。
. 序
III
其三（2026年，本书）
科研荆满路，午夜盼朝霞。
间或知清洗，从兹越旧涯。
脱漆清线路，除锈洗雕花。
清洗激光助，人间更耀炟。
由于作者水平有限，书中遗漏和错讹在所难免，恳请读者批评指正。
作者
2026年7月
目录
第1章 清洗：无处不在的焕新术
1.1 从身边说起 ............................................................................................................1
1.2 清洗，都在哪儿用 ................................................................................................2
1.3 清洗的四要素 ........................................................................................................3
1.4 清洗技术，如何分门别类 ....................................................................................6
1.4.1 看本质：清洗靠的是什么 .........................................................................7
1.4.2 看形态：清洗过程是“干”还是“湿” ...................................................8
第2章 清洗：为何重要
2.1 主要污染物的“家族成员” ..................................................................................9
2.1.1 灰尘：无处不在的“微型混合体” .........................................................10
2.1.2 油渍或油污：黏腻的“胶水” .................................................................10
2.1.3 腐蚀：材料被悄悄“啃食”的过程 .......................................................11
2.1.4 油漆：既是保护层，也会变“污垢” .....................................................12
2.1.5 树脂、橡胶、塑料：工业中的常见残留 ...............................................13
2.2 污染物为何“赖着不走”——谈谈黏附力的秘密 .........................................14
2.2.1 范德瓦耳斯力：微观世界的“隐形小手” .............................................15
2.2.2 毛细力：水汽的“黏合效应” .................................................................16
2.2.3 静电力：看不见的“静电吸附” .............................................................16
2.2.4 黏附力 vs 重力：为什么小颗粒更难清除 .............................................16
2.2.5 化学键：当污染物“长”在了表面 .......................................................17
2.3 清洗，到底有多重要 .........................................................................................18
2.3.1 清洗与环保：守护绿水青山 ...................................................................18
2.3.2 清洗与安全：拆除“隐形炸弹” .............................................................18
2.3.3 清洗与健康：切断污染传播链 ...............................................................19
2.3.4 清洗与节能：助力“双碳”目标 ...........................................................19
光涤万物：探秘奇妙的激光清洗
2.4 生活中的清洗实例 .............................................................................................20
2.4.1 家电清洗：给家电做个“SPA” ..............................................................20
2.4.2 公共设施清洗 ..........................................................................................21
2.4.3 锅炉清洗：给“动力心脏”去除负担 ...................................................22
2.4.4 汽车清洗：不仅仅是“面子工程” .........................................................23
2.5 我国工业清洗行业的发展 .................................................................................23
第3章 物理清洗：“硬核”去污法
3.1 喷丸清洗：给金属表面来场“沙尘暴” ............................................................26
3.2 高压水射流清洗：给水流注入“雷霆之力” ....................................................29
3.3 干冰清洗：看得见的“白烟”，看不见的“三重打击” ..................................32
3.4 超声波清洗：无声的“深度清洁专家” ............................................................34
3.5 等离子体物理清洗：用第四态物质做分子级清洁 ..........................................36
3.6 热能清洗：给污垢一场“热力风暴” ................................................................39
第4章 化学清洗：分子层面的“拆解”艺术
4.1 化学试剂清洗：给污垢配一剂“魔法药水” ....................................................42
4.1.1 原理：一场看不见的“分子变形术” .....................................................42
4.1.2 如何选择对的“药水” ............................................................................43
4.1.3 操作方式：三种“用药”手法 ...............................................................44
4.1.4 特点与应用：从工厂到家庭的“化学术” .............................................44
4.2 电解清洗：给金属“通个电”，洗个深层净透澡 ............................................45
4.3 生物清洗技术：微观世界的“分解大师” ........................................................47
第5章 激光：神奇的“光之刃”
5.1 激光：与众不同的光 ..........................................................................................50
5.1.1 激光简史：从理论到现实 .......................................................................50
5.1.2 激光的四大“个性” ................................................................................51
5.2 激光是如何“炼”成的 .....................................................................................52
5.2.1 能级与跃迁：微观世界的“能量阶梯” .................................................53
5.2.2 光的三种“诞生方式”：受激吸收、自发辐射和受激辐射 ................54
5.2.3 谐振腔：光子的“超级跑步机”与“放大器” .....................................55
5.2.4 关键前提：粒子数反转与增益介质 .......................................................56
5.3 激光器的“家族”与“身份证” .......................................................................57
5.3.1 激光器的核心三要素 ..............................................................................57
5.3.2 激光器大家族：形态各异，各显神通 ...................................................58
5.3.3 读懂激光器的“身份证”：关键参数 ....................................................59
5.4 激光的“爆发力”从何而来——三大关键技术 .............................................60
5.4.1 激光调Q技术：能量的“蓄积与瞬间爆发” ........................................60
5.4.2 激光锁模技术：产生“飞秒光弹”的艺术 ...........................................62
5.4.3 激光放大技术：给激光“接力加油” .....................................................63
第6章 当光成为清洁工：初识激光清洗
6.1 激光清洗技术的起源 .........................................................................................65
6.2 激光清洗原理：一束光如何成为“清洁大师” ................................................67
6.2.1 激光清洗是如何工作的 ..........................................................................67
6.2.2 激光清洗的几种“驱离术” ....................................................................68
6.3 激光清洗的独特优势 .........................................................................................70
6.4 激光清洗的分类 .................................................................................................71
6.4.1 激光干式清洗法：纯粹的“光之扫帚” .................................................71
6.4.2 激光湿式清洗法：巧借蒸汽之力的“光热爆破” .................................72
6.5 如何选择激光清洗的“光之刃” .......................................................................72
6.6 激光清洗的“主力军团”：常用激光器一览 ...................................................73
6.6.1 Nd:YAG激光器：稳定可靠的“多面手” ..............................................73
6.6.2 CO2激光器：非金属材料的“克星” .....................................................75
6.6.3 光纤激光器：灵活高效的“后起之秀” .................................................76
6.6.4 准分子激光器：紫外波段的“冷处理专家” .........................................77
6.6.5 半导体激光器：微小高效的“集成核心” .............................................78
6.6.6 主力激光器参数与应用对比 ..................................................................79
6.7 激光清洗设备：拆解一台“光之清洁机” ........................................................80
6.7.1 激光器系统：设备的“心脏”与“引擎” .............................................80
6.7.2 光束传输与整形系统：为激光铺路与“塑形” .....................................81
光涤万物：探秘奇妙的激光清洗
6.7.3 移动与回收系统：让光“跑起来”，把灰“收起来” ...........................83
6.7.4 监测系统：清洗效果的“火眼金睛” .....................................................84
6.7.5 控制系统：整个设备的“智能大脑” .....................................................85
第7章 激光除微粒：让微小灰尘无处可藏
7.1 物体表面的“顽固灰尘” ...................................................................................86
7.1.1 哪些东西容易脏？又容易沾上什么 ......................................................86
7.1.2 关键一招：谁更“怕热”—— 熔点与沸点的故事 ..............................87
7.2 激光是怎么“打扫”的——方法与原理 .........................................................88
7.2.1 激光清洗微粒的三大“战术” ................................................................88
7.2.2 核心机理：战胜“黏人”的吸附力 .......................................................91
7.3 芯片保卫战：清洗电路板的“光之橡皮擦” ....................................................92
7.3.1 守护芯片的“底片”：激光清洗掩模版 ................................................92
7.3.2 推动者：IBM公司阿尔马登研究中心与Tam团队 .............................95
7.3.3 清理“血管堵塞”：集成电路的激光消闪 ............................................96
7.3.4 疏通“微细笔尖”：清洗喷墨打印头 ....................................................96
7.4 激光清洗光学元件：为“光之窗”做无痕保洁 ..............................................97
7.4.1 不容一粒尘埃：光学元件为何必须洁净 ...............................................97
7.4.2 传统清洗的困局：当“粗布”遇上“瑞士名表” .................................98
7.4.3 激光清洗：精密光学维护的革命性方案 ...............................................98
7.5 激光清洗核电站：远程处理放射性污染的“光之手术刀” ..........................100
7.6 激光清洗文物：用“光之笔”拂去千年尘埃 ................................................101
7.6.1 研究：探寻最合适的光 .........................................................................102
7.6.2 应用：让历史重现光彩 .........................................................................103
7.7 给“工业之母”做SPA：当激光遇上模具清洗 ..........................................105
7.7.1 模具为什么非得“洗澡” ......................................................................105
7.7.2 激光清洗：一把精准的“光扫帚” .......................................................108
7.7.3 如何驾驭这把“光扫帚”——关键参数调校 ....................................109
第8章 激光除油漆：给旧物“光速换新装”
8.1 涂料和涂装：揭秘“保护衣”的制造与穿着 ................................................111
8.1.1 涂料：“保护衣”的“布料” .................................................................112
8.1.2 涂装：为物体“量体裁衣” ...................................................................112
8.2 涂层清洗：为物体“焕新衣” ..........................................................................112
8.2.1 涂层为何要“焕新” ..............................................................................112
8.2.2 激光除漆：一道精准的“清洁之光” ...................................................113
8.3 激光为金属“精准卸妆” .................................................................................114
8.3.1 激光除漆装备：系统如何工作 .............................................................114
8.3.2 关键：找到能量的“黄金区间” ...........................................................114
8.3.3 如何设定完美的激光“配方” ..............................................................117
8.4 挑战极限：为“材料之王”碳纤维精准“卸妆” ..........................................119
8.4.1 “材料之王”：碳纤维增强树脂基复合材料 ........................................119
8.4.2 给CFRP激光“卸妆”为何是顶级挑战 ............................................120
8.4.3 实战（一）：干式激光清洗CFRP .......................................................121
8.4.4 实战（二）：更温和的“间接湿式”激光清洗 ..................................124
8.5 唤醒沉睡的色彩：激光，文物修复师的“光魔法” ......................................127
8.5.1 陶器“焕彩”：洗去尘埃，重现千年丹青 ..........................................127
8.5.2 油画“复活”：精准剥离时光的泛黄 ..................................................128
第9章 激光除腐蚀：给金属的“伤口”做无创手术
9.1 金属为何会“生病”——腐蚀的三大病因 ...................................................132
9.2 金属的“锈病”图鉴 .......................................................................................133
9.2.1 铁锈：最普遍的“红色警报” ...............................................................133
9.2.2 铜锈：岁月的印记与无情的侵蚀 .........................................................137
9.2.3 铝锈：一件聪明的“自我保护外套” ...................................................139
9.2.4 银锈：夺走光泽的“黑色面纱” ...........................................................140
9.3 如何给金属“治锈”——传统疗法与光之手术 ...........................................141
9.3.1 “天然疤痕”与“人工创可贴”：锈层与油漆大不同 ........................141
9.3.2 三大“治锈”流派 ................................................................................141
9.4 激光“光疗”参数调校：如何制定完美手术方案 ........................................142
9.5 一举多得：激光除锈如何让金属“焕新升级” ..............................................144
9.5.1 增强“免疫力”：改善抗腐蚀性 ..........................................................144
光涤万物：探秘奇妙的激光清洗
9.5.2 当好“援手”：提升焊接质量 ..............................................................145
9.5.3 形成“自我防护层”：钝化作用 ..........................................................145
9.5.4 其他性能：保持本色，甚至略有提升 .................................................146
9.6 工业实战：激光除锈，正在改变这些行业 ....................................................146
9.6.1 唤醒“电力心脏”：新能源电池的触点焕新 ......................................147
9.6.2 护航“钢铁巨龙”：动车组部件的精密养护 ......................................147
9.6.3 打造“海上堡垒”：船舶制造与维修的绿色革新 ..............................148
9.6.4 排除“隐形炸弹”：弹药维修的安全卫士 ..........................................148
9.6.5 重现“千年华彩”：金属文物的无损修复 ..........................................148
9.6.6 赋能“工业母机”：机械设备的全面保养 ..........................................149
第10章 当激光清洗遇上AI：会思考的“光之清洁工”
10.1 激光清洗机的“智能管家”：运行监控系统 ...............................................150
10.1.1 监控系统：从“体检”到“护航” ...................................................150
10.1.2 操作界面：从“旋钮仪表”到“智能触屏” ...................................152
10.1.3 安全守护：构筑三重防护网 .............................................................153
10.1.4 运动控制：给激光头配上“灵活的身手” .......................................154
10.2 洞察秋毫：激光清洗的“感官系统” ............................................................155
10.2.1 形貌观测技术：“眼见为实”的变化 ...............................................157
10.2.2 光谱技术：物质的“成分指纹” .......................................................160
10.2.3 声波监测技术：清洗过程的“听诊器” ...........................................164
10.2.4 飞行时间测量：冲击波与声波的赛跑 .............................................167
10.2.5 元素成分分析：材料表面的“超级侦探” .......................................168
10.2.6 技术联合作战：取长补短的融合监测 .............................................169
10.3 让清洗变“聪明”：人工智能赋能激光清洗 ...............................................170
10.3.1 火眼金睛：AI图像识别 ...................................................................170
10.3.2 “自学成才”：机器学习与深度学习 ................................................171
10.3.3 实践举例：AI让声音“会说话” .....................................................173
参考文献...................................................................................................175
