Laser based intervention in archaeological materials and museum artifacts

La tecnología láser ha evolucionado rápidamente en las últimas décadas, proporcionando sistemas láser recientemente desarrollados, que son capaces de emitir en una diversidad de longitudes de onda, potencias y duraciones de pulso. Además, los láseres modernos se están volviendo compactos en tamaño y, en muchos casos, portátiles o transportables y sin refrigerante líquidos, lo que allana el camino para su pleno aprovechamiento en muchas aplicaciones, incluidas las que afectan a la restauración del Patrimonio cultural (PC) y la conservación de piezas de museos arqueológicos. Incluso hace tiempo los láseres eran más intensivos, muchos menos compactos y con unas características de emission alejadas de las que ofrecen hoy en día; aparecieron muchos ejemplos en la historiografía y en la restauración de monumentos, demostrando su potencial en el campo del PC. Aunque hoy en día los láseres son objeto de muchos trabajos publicados sobre diferentes piezas arqueológicas y del PC, su uso en estos campos aún necesita más atención y mejoras, particularmente en vista de sus últimos avances tecnológios. En esencia, las últimas ventajas pueden allanar el camino para establecer protocolos de limpieza con láser más seguros que puedan ser fáciles de implementar para la conservación efectiva de superficies frágiles y sensibles. Este trabajo de tesis revisa una amplia gama de aplicaciones de limpieza láser y los regímenes de interacción láser-material que las acompañan y que pueden afectar a la conservación de huesos, piedras, cerámicas y objetos de hierro arqueológicos, en un intento de centrarse en las técnicas metodológicas utilizadas para abordar los desafíos típicos de la limpieza. Dado que a menudo se ha encontrado que los hallazgos publicados son inconsistentes entre sí, se han identificado dificultades para hacer coincidir la idoneidad de un procedimiento de limpieza con láser, con un tipo específico de pieza, lo que sugiere que los resultados de la limpieza con láser dependen de
Laser technology has evolved rapidly over the last decades, providing newly developed laser systems which are capable of emitting in a diversity of wavelengths, powers and pulse durations. In addition, modern lasers are becoming compact in size and, in many cases, portable or transportable and without liquid refrigerants, which paves the way for their full exploitation in many applications, including those which affect restoration of Cultural Heritage (CH) and preservation of Archaeological museum artifacts. Even at the time lasers were more intensive, much less compact and with emission characteristics far from what they offer today, many examples appeared in the literature, and in restoration of monuments, demonstrating their potential in the CH field. Although nowadays lasers are the subject of many published works on different archaeological and CH artifacts, their use in these fields still needs more attention and further improvements, particularly in view of their latest technological advances. In essence, the latter advantages may pave the way to safer laser cleaning protocols that may be easy to implement for the effective conservation of fragile and sensitive surfaces. This thesis work reviews a wide range of laser cleaning applications and the accompanying laser-material interaction regimes that may affect the conservation of archaeological bones, stones, ceramics and iron objects, in an attempt to focus on the methodological techniques used to address typical cleaning challenges. Since published findings have been often found to be inconsistent with each other, difficulties were identified in matching the suitability of a laser cleaning procedure with a specific type of artifact, suggesting that laser cleaning outcomes are case-dependent. Controlled laser irradiation parameters using recently developed femtosecond (fs) and sub-nanosecond pulsed laser technology with an emission wavelength in the near Infrared (1030 nm, 1064 nm), visible (515 nm) and Ultra
At last, I feel pleasure to acknowledge the ED-ARCHMAT project, supported by H2020-MSCA-ITNEJD/ED-ARCHMAT action funding under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement, No 766311. Partial support obtained from Departamento de Ciencia, Universidad y Sociedad del Conocimiento of Gobierno de Aragón (research group T54_20R). The Atapuerca research project is financed by Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades project PGC 2018-093925-B-C33. Fieldwork at the Atapuerca sites is funded by the Junta de Castilla y León and the Fundación Atapuerca. The archaeological materials presented in this work was made available by the Laboratory of Human Evolution of the University of Burgos, in close collaboration with the "Colección Museística de Castilla y León" of the Junta de Castilla y León, and Museo de la Evolución Humana (Burgos); we acknowledge Professor Juan Luis Arsuaga for the permit to analyze the sample. The use of Servicio General de Apoyo a la Investigación and the National Facility ELECMI ICTS, node "Laboratorio de Microscopías Avanzadas" at the University of Zaragoza is acknowledged. This work is part of the ongoing collaboration between INMA (CSIC-University of Zaragoza) and University of Burgos, under the auspices of Unidad Asociada de I+D+I al CSIC “Vidrio y Materiales del Patrimonio Cultural (VIMPAC)”.