光声技术与光学成像结合,看清文物激光清洗全过程

激光烧蚀能够以高精度且可控的方式清洗文物上的有害材料、膜层和沉积物。然而,考虑到所涉及材料的多样性和敏感性,以及待修复物体的珍贵价值,必须开发可靠的方法对清洗过程进行实时在线监测。在激光烧蚀过程中,结合物体产生的光声信号与记录的高分辨率光学图像,可以建立一种有效的激光诊断方法,精确检测清洗过程,以达到保护文物的目的。

在Costas Fotakis教授的帮助下,希腊IESL-FORTH的Giannis Zacharakis博士和Paraskevi Pouli博士的研究小组研制了一种能够检测激光烧蚀过程中产生的兆赫兹(MHz)频率声波的仪器。在此基础上,开发了一种激光诊断技术,结合激光烧蚀过程中光声信号所承载的信息与高分辨率光学图像,可以确定文物激光清洗所需的关键辐照条件(即脉冲数),从而确保可控且安全地消除烧蚀沉积层。同时,开发的诊断方法能够分辨红外(IR)和紫外(UV)激光烧蚀的不同机制。目前初步实验已证明了这项新技术的潜力,当前的研究工作主要为应用于真实文物的清洗以及对激光清洗过程中可能遇到的问题进行测试,以建立完善的诊断方法,为监测文物表面的激光修复过程提供新的技术支持。(来源光电期刊)

光声技术与光学成像结合,看清文物激光清洗全过程
图1 (a) 三种不同能量密度下的互相关积分的最大幅值随脉冲数的变化;(b) 最大幅值百分比变化;(c) 第8个激光脉冲(累计轰击8次)后的光学图像;(d) 第11个激光脉冲(累计轰击11次)后的光学图像。两种情况下的激光能量密度均为 1.0 J /cm2

研究团队简介

FORTH是希腊政府教育、研究与宗教事务部下属的科研机构,下辖了包括电子结构与激光研究所(IESL)在内的六个研究所。

IESL-FORTH的生物光子学和分子成像实验室主要研究生物物质和生命系统成像中关键技术的开发和应用。实验室致力于物理、工程、数学、生物、医学、计算机科学的交叉学科研究,集结了不同专业知识背景的研究人员并开展以下研究工作:1)各学科理论;2)不同尺度成像技术,包括但不限于微观、介观和宏观尺度;3)计算机建模;4)生物学、生物医药、生物技术、治疗诊断学。实验室致力于新型光子设备和新理论的基础与应用研究,增进对光-生物-组织基本相互作用的认知,以及对生物学过程和疾病的理解。

IESL-FORTH的传统光子学实验室(PhoHS)迄今已开展了超过25年的前沿创新研究,被认为是全球领先的先进激光和光学系统科学研究和技术开发中心。实验室提供先进有效的艺术品及文物的诊断和保护方法。重点针对清理和修复文物过程中的挑战,研究最佳激光烧蚀方法,同时开发和实现基于激光的分析技术监测烧蚀过程以及对清理表面的评估。 

C. Fotakis教授于90年代初期创立了IESL-FORTH的文物保护小组,现为IESL-FORTH的荣誉教授。G. Zacharakis博士为希腊IESL-FORTH生物光子学和分子成像实验室成员,P. Pouli博士为希腊IESL-FORTH文物保护小组研究人员。

相关论文

Papanikolaou A, Tserevelakis G J, Melessanaki K, Fotakis C, Zacharakis G et al. Development of a hybrid photoacoustic and optical monitoring system for the study of laser ablation processes upon the removal of encrustation from stonework. Opto-Electron Adv 3, 190037 (2020).

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