在未来的文化遗产保护中，如何以最小干预实现最大程度的修复与保存已然成为我们无法绕过的话题。激光技术——这一曾被视为工业与军事领域尖端科技的手段，正悄然跨越领域，成为文物修复领域的“革命性画笔”。它以超高精度、无接触、无残留的特性，重新定义文物修复的科学与艺术边界，成为延续文明记忆的“科技桥梁”。从三星堆青铜器的精细除锈，到敦煌壁画的无损加固，再到脆弱古籍的裂纹修复，激光技术已经来到时代舞台的前沿，在文化遗产保护方面绽放出独属于自己的光彩。

激光文物修复技术原理

当下的激光文物修复技术主要可分为激光清洗技术与激光扫描技术，可根据修复文物需求侧重使用其中之一。

激光清洗技术基于选择性光热效应和机械冲击原理，通过高能激光束精确照射文物表面，使污染物或基体吸收能量后气化或产生瞬时热膨胀/振动，从而实现污染物的剥离。常用的激光清洗方法有干式清洗法、液膜法、惰性气体法与琼脂法。其中干式清洗法直接利用脉冲激光辐射，通过基体或粒子的热膨胀分离污染物。而液膜法则预先沉积液膜，激光被基体吸收后引发界面液膜爆发沸腾，由此产生的冲击力可高效去除锈蚀且减少热损。惰性气体法同步吹送气体防止再污染，琼脂法则利用凝胶吸附污染物并降低机械应力。

图一基于选择性光热效应和机械冲击原理的激光清洗原理示意图[1]

对于艺术价值高的文物，采用激光清洗能够有效避免统的机械、化学清洗方法存在着有残留和给器物表面造成划伤的风险，从而在清理的过程中更好的保护文物的完好性。中国文化遗产研究院的团队[1]便采用激光清洗中的液膜法完成了对一批青铜鎏金文物锈蚀去除，并确保清洗后的文物在三维视频显微镜观察下可以良好地保留加工工艺的痕迹，并且无残留、无新的划伤。

激光扫描技术则是通过非接触式激光测距系统主动发射激光束，高速采集文物表面海量三维点云数据，形成高精度空间拓扑信息，继而通过点云去噪、配准与数据精简等预处理，构建完整的三维网格模型。针对破损部位，利用几何修补算法实现数字化复原，最后通过纹理映射技术还原表面肌理，从而在虚拟环境中精准重建文物的原始形态，为物理修复提供可视化依据与数据支撑。该技术凭借其非接触、高精度与全息性特点，有效规避传统测绘中的二次损伤风险，实现了文物保护与数字化存档的深度融合。

图二 通过激光扫描将仅存2层的普光塔还原为7层塔，图为虚拟修复模型

虽侧重点不同，但两种技术都在自己的应用领域发挥巨大作用，预示着激光技术在文物修复领域巨大的发展潜力。

激光文物修复技术的典型应用

1.古籍文献重获新生

宋元古籍在时间的洗礼下不可避免地面临着脆化、粘连、带有霉斑等问题，就算是已经发现的古籍也可能因为保存环境的欠缺而产生裂纹，古籍修复早已成为当下文物保护的重要一环。纸质文献修复要求精度极高与可逆性，传统修复技艺依赖手工托裱，虽能延续古籍生命，却不可避免地改变了文物的原始状态——纸张变厚、失去柔韧性，甚至遮盖原始墨迹。而激光修复基于光热选择性与光化学效应，能够通过特定波长激发古籍分子间的键合重组，实现微米级裂纹的熔合修复。而对于残页则可使用激光扫描技术，通过多光子成像技术先对裂纹路径与墨迹分布进行三维建模，再以激光精准修复，从而实现无需拆卷、无需涂胶的原位修复，最大程度上遵循纸质文献修复的基本原则。

图三 妙法莲华经（局部）

厦门大学档案馆基于激光作用于纸张纤维的“烧蚀冷却”原理，通过智能控制平台实现即时调整清洗参数，并针对不同污染物灵活调控激光器参数，充分发挥了激光技术非接触、高精度、可调控等特性，最终实现纸张纤维无损高效清洗的修复目标，这为激光技术进一步用于古籍修复提供新的可能[2]。

图四 激光清洗旧报纸前后对比图(左图为清洗前，右图为清洗后)

2.三维扫描与数字孪生

相较于简单的物理修复，激光三维扫描技术正为文物构建高精度的数字孪生体。该技术通过激光雷达或结构光对文物扫描，以此获取文物表面毫米级甚至微米级的几何与纹理信息，从而生成可量测、可虚拟修复、可无限次展示的数字模型。这不仅是珍贵的数字档案，更能通过VR/AR技术让公众沉浸式体验，确保即便在原物需要封存保护的情况下，文明的火种依然能在数字时空得以永续。

厦门大学李渊教授带领团队研发出“点云”技术专利，并利用三维激光扫描、无人机倾斜测绘、建筑信息模型等先进技术为这座小岛建起庞大的空间数据库，并为标志性建筑八卦楼建立了全息数字档案。从泛黄的旧地图到精细的数字化影像，鼓浪屿这座历史悠久的小岛在数字新时代迸发出新的生机活力。

图五 鼓浪屿地图变迁——由旧地图到数字化影像

3.三星堆青铜器的无损去锈与三维重建

三星堆遗址出土的青铜器，以其神秘的造型和精湛的工艺，展现了古蜀文明的辉煌。这些千年瑰宝在埋藏过程中，表面形成了复杂的腐蚀层，其中不仅包含无害的稳定锈蚀，更潜伏着被称为“青铜病”的粉状有害锈。这种有害锈在潮湿环境中会持续扩散，最终导致器物粉化溃烂，传统机械或化学除锈方法难以在清除有害锈的同时确保文物本体安全。激光清洗技术的发展为三星堆青铜器的应用提供了新的可能性，基于选择性吸收原理，锈层在激光作用下将会迅速气化或振动剥离，从而确保热量不会损伤文物本体，最终真正实现“微米级精度”与“零物理接触”的无损清洗。

图六 激光清洗青铜器

电子科技大学太赫兹科学技术四川省重点实验室[3]首次通过太赫兹波对青铜文物进行层析成像分析，在不损害文物的前提下成功生成青铜器锈层的三维成像图，为激光技术在三星堆文物修复方面提供新的可能性。

图七 三星堆青铜神树

4.敦煌壁画防霉加固

敦煌莫高窟的壁画承载着跨越千年的艺术与信仰，却无时无刻不面临着起甲、酥碱、霉变等严峻挑战。传统的物理、化学手段虽能完成防霉加固的任务，却往往难以从根本解决问题，甚至可能引入新的损害与风险。而激光技术的出现为这场与时间的赛跑提供了新的“无痕”解决方案，相较于传统方法，激光加固技术展现出其“由内而外”的独特优势。首先将光敏纳米复合材料作为加固介质，当特定波长的低能量激光束穿透颜料层微孔，精准照射至预先渗透的加固剂时，会引发其发生快速的光交联反应，在壁画内部实现瞬时聚合固化。这一过程犹如对起甲的颜料层进行微观“点焊”，从根源上将其重新锚固，而表面不留任何痕迹，完美规避了传统涂刷方式可能导致的眩光、色差或质感改变，真正实现了“无痕加固”。

在防霉方面，激光技术则扮演着高效“光灭菌”的角色。石窟内潮湿环境滋生的霉菌，其菌丝体不仅污染画面，更会分泌酸性物质腐蚀颜料和地仗层。脉冲紫外激光能通过光化学效应直接破坏霉菌孢子及菌丝的DNA结构，使其彻底失活。这种非接触式的物理清洁方式能够深入颜料微孔和裂隙，清除化学药剂难以触及的顽固微生物，同时整个过程不产生热效应，避免了对照敏矿物颜料的潜在热损伤，亦无任何有害物质残留。中国-中亚人类与环境“一带一路”联合实验室的王聪团队对铒激光清洗技术展开深入研究[4]，核心机理在于其2940 nm的波长恰好与水分子和羟基(-OH)、氨基(-NH)等基团的振动吸收峰高度匹配，从而使得激光能量被污染物中的-OH/-NH基团选择性吸收，产生瞬时高温，使污染物热解、气化或碎裂剥离。同时配合润湿剂使用，还能起到隔热和保护下层文物的作用。

图八 高窟第158窟·金光明经变乐舞

自2016年启动的“数字敦煌”项目，则让敦煌壁画实现从“抢救性保护”到“创造性转化”。敦煌研究院通过激光扫描、多光谱采集等前沿技术，成功构建出壁画的“数字孪生”模型，科技让文物“走出”戈壁，让居家观画成为日常，更让千年壁画获得跨越时空的生命力。

图九 “数字敦煌”线上平台

技术挑战与未来展望

参考文献：

[1] 张晓彤, 张鹏宇, 杨晨, et al. 激光清洗技术在一件鎏金青铜文物保护修复中的应用 [J]. 文物保护与考古科学, 2013, 25(03): 98-103.

[2] 谢华斌, 邵炜霖, 程雅辉. 智能激光技术在纸质档案修复中的机理研究与应用译介 [J]. 档案学研究, 2024, 04): 128-34.

[3] 刘侠, 滕继濮. 科学家与古代能工巧匠跨时空“对话”——太赫兹波首次用于青铜文物层析成像分析 [N]. 科技日报, 2024-08-09-.

[4] 王聪, 闫佳圆, CAMAITI M, et al. Er:YAG激光清洗技术在彩绘文物保护中的研究进展 [J]. 激光与光电子学进展, 1-26.

[5] 贾树. 三维激光扫描技术在当代文物保护修复中的应用及挑战 [J]. 文物修复研究, 2018, 00): 739-43.