Le nettoyage au laser pulsé repose sur les caractéristiques des impulsions lumineuses générées par le laser, basées sur une réaction photophysique provoquée par l'interaction entre un faisceau de haute-intensité, un laser à impulsion courte- et la couche de contaminant. Son principe physique peut être résumé ainsi :
(a) Le faisceau laser émis par le laser est absorbé par la couche contaminante présente sur la surface à traiter.
(b) L'absorption d'une énergie élevée forme un plasma en expansion rapide (un gaz hautement ionisé et instable), générant une onde de choc.
(c) L'onde de choc fragmente et élimine les contaminants.
(d) La largeur d'impulsion doit être suffisamment courte pour éviter une accumulation de chaleur qui pourrait endommager la surface traitée.
(e) Des expériences montrent que du plasma est généré sur des surfaces métalliques lorsque des oxydes sont présents.
Le plasma est généré uniquement lorsque la densité d'énergie est supérieure à un seuil, qui dépend du niveau de contaminant ou d'oxyde éliminé. Cet effet de seuil est crucial pour un nettoyage efficace tout en garantissant la sécurité du matériau du substrat. Il existe également un deuxième seuil pour la génération de plasma. Si la densité énergétique dépasse ce seuil, le matériau du substrat sera endommagé. Pour assurer un nettoyage efficace tout en préservant la sécurité du matériau du substrat, les paramètres du laser doivent être ajustés pour maintenir la densité d'énergie de l'impulsion lumineuse strictement entre ces deux seuils. Chaque impulsion laser élimine une couche de contamination d'une certaine épaisseur. Si la couche de contamination est épaisse, plusieurs impulsions sont nécessaires pour le nettoyage. Le nombre d'impulsions nécessaires pour nettoyer la surface dépend du degré de contamination de la surface. Une conséquence importante des deux seuils est l'auto-contrôle du processus de nettoyage. Les impulsions lumineuses avec des densités d'énergie supérieures au premier seuil continueront à éliminer les contaminants jusqu'à ce qu'ils atteignent le matériau du substrat. Cependant, comme leurs densités d'énergie sont inférieures au seuil de dommage du matériau du substrat, celui-ci ne sera pas endommagé.