关于文物保护中的激光技术应用价值

摘要：激光是一种特殊辐射，在20世纪出现，经过几十年的技术发展，在很多领域都得到了广泛应用，在保护文物方面，也取得了一定成绩。文章对激光等技术进行分析，分析激光技术特点，最后阐述激光技术在文物保护中的发展方向，希望从保护文物方面对激光技术应用提供更多参考。

关键词：激光技术；文物保护；应用研究

文物是社会和人类生活遗留下来的，具有艺术价值和历史价值的物品，属于珍贵文化遗产。文物在环境中经过岁月的消磨等，质量容易出现不同程度的劣化，部分文物如今已经消失[2]。文物无法再生，因此十分珍贵，需要妥善保存。在保护文物方面，出现了微损分析和无损分析技术，激光技术是其中相对重要的一种。

一、激光技术在文物保护中的应用价值

（一）三维激光扫描技术

20世纪90年代，三维激光扫描技术出现，这种技术可以帮助人们获得复杂几何物体的影像，同时还可以用于测量数据。与其他测绘技术对比，此项技术有很多优点，如密度高、速度快等，在提取文物信息、調查文物病害等方面得到广泛应用。激光扫描仪通过放射激光脉冲测量距离，借助相关软件创建三维模型并将相关参数转化成数据信息，工作人员再对信息进行存储。2019年，法国巴黎圣母院遭受火灾，此前用三维激光扫描仪采集过的巴黎圣母院的藏品数据为后续修复提供了极大的帮助。三维激光技术也可以识别文物病害，将三维模型与原本物体进行对比，就能顺利将三维病害图绘制出来。三维激光扫描技术在保护移动文物方面也具有一定功效，此技术在兵马俑的上色展示上得到了充分应用。

2002年，国家拟定了故宫修缮计划，结合现代测绘技术与传统的古建筑测量方法，利用三维激光扫描技术的优势，完成了故宫的资料获取，进而对故宫进行了大规模的修复。

欧洲、美国、日本等发达地区和国家都很重视对三维扫描技术的研发，他们的三维技术产品具有很高的精准度。意大利帕多瓦城市中心周围的中世纪城墙遗迹就是利用地面三维激光扫描系统对某处古门和周边城墙进行三维数据获取然后修复还原的。

除此之外，三维激光扫描技术还能够与GIS相互结合，建立文物保护管理系统，有利于提高管理系统质量，创建现代化管理方案。

（二）激光清洗技术

激光清洗技术比其他清洗技术更有优势，能够做到精准定位，具有良好的清洗效果，不仅能够清洗无机污染物，也能够清洗有机污染物，而且在清洗期间，不会污染文物。

激光清洗技术还能够去除文物表面存在的污迹，如烟熏、油漆等。此项技术还能够用于清洗砂岩表面的污染物。曾经有研究机构利用激光对山西大同云冈石窟表面的烟熏物质和墨迹进行清洗，这是初次清洗大型实质文物。采用激光湿式清洗方式，能够将文物表面的黄色污染物去除，说明激光清洗技术有一定的清洁功效。激光清洗技术，也可以用于去除青铜文物表面存在的有害物质，通过液膜法，采用激光垂直照射的方式进行清洗，可不断优化液膜材质和厚度，提升清洗工作的安全性。

目前，激光清洗技术已被大量应用于历史建筑外立面以及许多其他建筑修复工程。

在壁画文物保护过程中应用激光清洗技术，需要通过测量光谱、酸碱度值以及温度等基础内容，检查激光辐射是否会影响壁画表面。在保护书画类文物方面，也应用激光清洗技术。利用激光清洗，即使是宣纸表面的霉菌，也可以成功去除，并且不会损伤宣纸表面。

（三）激光拉曼光谱分析

激光拉曼光谱技术具有极高的分辨率，不会对文物造成损伤，具有抗干扰能力强、操作便捷等优势，数据可以直观体现，在获得物质分子结构方面得到广泛应用。采用拉曼光谱技术，能够分析古代壁画颜料的化学组成，了解壁画存在的锈蚀因素，部分学者应用此项技术，分析出仰韶文化彩陶的彩绘区。2022年，有学者采用显微激光拉曼光谱仪对八路军太行纪念馆馆藏的铁质文物锈蚀部分进行检测，成功分析出锈蚀的成分。

（四）激光剥蚀技术

激光的特点是具有高能量，可以与其他分析仪器联合应用。由于文物不能重新复制，需要重视保护文物，保持文物原本面貌。激光剥蚀技术在这方面显示出优势。应用激光剥蚀技术剥蚀气溶胶，将其送到电感耦合台，能够观测到元素微区。此种处理方式灵敏度较高，分析速度快。2018年卢芳琴等利用该技术对三个不同地方的青砖进行检测分析，获得了各样品的特征光谱，表明该技术可以在对文物损伤很小的情况下，快速对文物进行定性和定量分析。

如今，此种方法通常被应用于测试古代玻璃制品等文物。一些学者利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱技术，使其接受等离子体质谱测试，发现测试效果良好。

（五）激光焊接技术

激光焊接技术是指光子轰击被焊接的金属表面，在金属表面会形成金属蒸气，采用此种激光焊接技术，能提升光束能量密度。工作人员需要使物体受热，焊接之后使物体冷却，促使焊接目标完成。和其他方式相比，文物形状比较复杂，同时文物图案具有复杂的特点，采用激光焊接措施不会对文物形变程度产生严重影响。

在保护青铜器文物方面，人们经常用到激光焊接方式，尤其是对于器壁较薄的青铜器，可以实施局部修复和焊接。此项技术是在传统修复方式不断进化完善的基础上产生的。

有学者通过应用此项技术，成功修复了九连墩出土的破损双音编钟。在测试过程中，研究人员发现激光焊接技术不仅能够将文物的原来面貌以及形态完全复原，也能够完全恢复其音色和音调，对修复古代金属乐器具有一定效果。此项技术属于新的工艺流程和技术路线，最终发现焊接效果良好，修复成功。

二、激光技术存在的不足

（一）激光清洗技术存在的不足

应用激光清洗技术时，工作人员需要合理设定激光能量閾值，因而需要做很多实验积累数据，耗费时间较多。文物成分种类繁多，如今还未建立合适的清洗阈值区间，在确立过程中，需要多了解激光器的功能和波长对清洗效果的影响。尽量让激光器能够适应文物修复需求，做好参数调控准备。如果低于最佳值，会导致清洗效果不佳。如果设置值较高，则会损害文物。由于文物属于不可再生资源，因此一旦发生损害，就会造成无法弥补的损失。与传统化学以及手工清洗方式相比较，激光清洗设备费用提高，这也是激光清洗技术没有普及的因素之一。此外，实施清洗后，可能会损害文物，去除液膜具有重要价值。

（二）激光三维扫描技术存在的不足

采用激光三维扫描技术，实际精度和标本精度会存在差异。例如在测量圆弧形轮廓的物品期间，精度容易下降，扫描结果会受到不良影响，文物数据不具有完整性。工作人员即使采集到了目标纹理数据，也不能保证其是真实的。如果文物属于非透明状态，激光在发射之后，不会穿透文物内部，工作人员无法得到实体材质，无法了解文物温度和成分信息。

（三）激光拉曼光谱技术存在的不足

在应用阶段，激光拉曼光谱技术光学参数会影响振动峰重叠，导致测量精准性不高。经历长时间埋藏，文物成分可能会发生改变。因此，处理样品和发掘文物的过程，都容易带入新杂质，这些因素都会导致测量精度不佳，使测量结果受到重要影响。随着拉曼光谱在文物领域中得到广泛应用，现场测量需求较多，做好技术改良，可以让其避免外界环境等因素影响，这也是科学界需要攻克的重点。

（四）其他激光技术存在的不足

将其他检测手段与激光剥蚀技术联合应用，还存在专业数据匮乏的问题，在测试阶段容易出现分馏效应，导致检测结果与实际结果不符。因此，开发软件以及校正数据方面等还有待研究。激光焊接技术虽然属于修复方法，但是也会导致文物出现局部高温。此项技术通常限于修复青铜器等，应用面比较狭窄。

三、发展方向

（一）激光清洗技术发展趋势

我国激光技术的研发和应用还处在初级阶段，未来我国仍会继续发展激光清洗技术。应用激光器本体，指示光源可以增加，同时工作人员能够分析激光器部位，激光应用的安全性有一定保障。实施无接触性清洗以及机械手等做好无接触式清洗，有利于做好防护工作。应用激光清洗技术，可使文物表面物质性能更加稳定，无论文物为石质，还是陶瓷。工作人员在研究过程中，需要分析清洗文物方式，如果文物比较脆弱，则要采用保护液膜逐一进行筛选，这样有利于提升清洗整体效果，使激光清洗技术被广泛应用。

（二）激光三维扫描技术发展趋势

当前，采用激光三维扫描技术仍然需要攻克难题，这些难题出现在测量阶段，例如需要处理海量数据，将噪点去除。未来仍然需要创建更多智能算法，对模拟构建的模型进行降噪处理，有利于建模。除此之外，将激光三维扫描技术与虚拟现实技术相互融合，有利于提升三维模型精度，对文物数字化的保护有一定效果。在测量文物方面，也尽可能减少测试结果和设备存在的误差，减少外界因素的影响，提升整体测绘精度。

（三）激光拉曼光谱技术发展趋势

在保护文物方面，激光拉曼光谱技术在很多地方都得到应用。工作人员需要根据制定的图纸，将物质面积、相关比例全部计算出来，同时也需要充分了解颜料的占比。工作人员可以分析出彩绘颜料的成分和比例。在古生物检测中，很多学者都认为此项技术能够提供分子振动信息、辅助检测DNA、灵敏度较高。

（四）激光剥蚀技术与质谱技术联合发展趋势

联合应用激光剥蚀技术与质谱技术，除分析整体之外。分析微区探针和测定原味同位素比值等，同时也是未来重点发展方向。尤其在分析激光剥蚀电感耦合等离子体质谱V区，能够分析出V区内的气体和液体成分组成，了解V区一些元素的流动情况。通过采用分析指纹方式以及分析同位素等方式，可以建立一个统计元素来源的质谱库，对谱图的重叠现象进行观察，能够判断出样品来源。

（五）激光焊接技术发展趋势

激光焊接技术属于绿色环保技术方案，也可以被应用在制造业中，无论是国内还是国外，均比较重视这项技术的应用。

修复措施具有不可逆特点。选择焊接材料，可以使用焊接技术系统进行修复。自然科学和社会科学之间重要的学科建设目的之一是保护文物。如今激光技术相对成熟，更多学者尝试采用激光技术和仪器来保护文物，以便了解文物内涵以及本体价值。

四、结语

目前，激光技术在文物保护方面的应用还处于初期阶段，但是在以下几方面已经得到了充分应用。首先，在激光清洗技术方面，通过应用激光参数，将文物存在污染的部位进行照射，可以达到清洁文物表面的功效。其次，分析三维激光扫描技术可知，应用三维激光扫描，能够得到更多更精准的文物数据，可以深入了解文物的信息。第三，通过应用激光拉曼光谱技术，能够分析青铜器锈蚀产物以及彩绘类文物化学组成等内容。第四，通过采用激光剥蚀技术，可以与其他仪器联合应用，有助于研究青铜器以及钴玻璃等文物的化学组成。第五，激光焊接技术，具有光束能量高的特征，可用于修复和焊接青铜器。虽然激光技术仍有不足，但将其成功用于文物保护，已经发挥了巨大作用，这项技术的发展前景十分广阔。

作者简介

塔依尔江·玉山，男，维吾尔族，新疆吐鲁番人，初级职称，本科，研究方向为文物保护。

参考文献

[1]王晨露，冯圆媛，尤文浩，等.激光技术在文物保护中的应用[J].激光与光电子学进展，2022（17）：27-36.

[2]卢芳琴，胡明珠，柳杨，等.利用激光诱导击穿光谱分析法检测文物的土体成分[J].广州化工，2022（17）：120-123.

[3]麦贤敏，王晓亮，钟磊，等.三维激光扫描在文物建筑保护中的应用—以德格印经院为例[J].中国名城，2022（8）：21-28.

[4]胡生送.基于三维激光扫描的历史文物建筑测绘研究[J].科技资讯，2022（8）：69-71.

[5]王艋，刘松.地面三维激光扫描技术在文物保护中的应用研究[J].科技与创新，2020（13）：67-68.