Il processo di pulizia laser a impulsi Nd: YAG si basa sulle caratteristiche degli impulsi luminosi prodotti dal laser, sulla base di reazioni fotofisiche causate dall'interazione tra fasci ad alta intensità, laser a impulsi brevi e strati contaminati. I suoi principi fisici possono essere riassunti come segue:
a) Il fascio emesso dal laser viene assorbito dallo strato contaminato sulla superficie da trattare.
b) L'assorbimento di una grande energia forma un plasma in rapida espansione (un gas instabile altamente ionizzato) che produce un'onda d'urto.
c) Le onde d'urto causano la frammentazione dei contaminanti e vengono respinte.
d) L'ampiezza dell'impulso luminoso deve essere sufficientemente breve da evitare l'accumulo di calore che danneggerebbe la superficie da trattare.
e) Gli esperimenti hanno dimostrato che quando c'è un ossido sulla superficie del metallo, il plasma viene generato sulla superficie metallica.
Il plasma viene generato solo quando la densità di energia supera una soglia, che dipende dallo strato contaminato o di ossido che viene rimosso. Questo effetto soglia è importante per una pulizia efficace, garantendo al tempo stesso la sicurezza del materiale del substrato. C'è anche una seconda soglia per la presenza di plasma. Se la densità di energia supera questa soglia, il materiale del substrato verrà distrutto. Per garantire una pulizia efficace con la premessa di garantire la sicurezza del materiale del substrato, i parametri del laser devono essere regolati in base alla situazione, in modo che la densità di energia dell'impulso luminoso sia strettamente tra due soglie.
Ogni impulso laser rimuove un certo spessore dello strato contaminato. Se lo strato contaminato è spesso, sono necessari più impulsi per la pulizia. Il numero di impulsi necessari per pulire la superficie dipende dal grado di contaminazione della superficie. Un risultato importante prodotto dalle due soglie è l'autocontrollo della pulizia. Gli impulsi luminosi con una densità di energia superiore alla prima soglia respingono sempre i contaminanti fino al raggiungimento del materiale di substrato. Tuttavia, poiché la sua densità di energia è inferiore alla soglia di distruzione del materiale del substrato, il substrato non viene danneggiato.
