多波段光源应用.docx

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多波段光源应用

多波段光源应用导语：

近年来，多波段光源因其适用范围大、应用效果好等优点在全国各地得到很大的推广，在一些发达地区已经普及。

但由于多波段光源是一种相对的高科技产品，前几年在国内还没有生产厂家和成型的理论研究及应用，人们购买多波段光源时不了解衡量多波段光源性能的具体指标，在使用时也只是看简单的说明书及少量的实验，在摸索中掌握其使用，一些单位也对多波段光源的应用想象得太好，有些单位在购买多波段光源后只是作为一种普通的光源使用，也对当前新的刑事技术发展了解得不够。

在这里，笔者试图从多波段光源的结构，性能及其应用等方面作一个系统的阐述，以期能为还未够买多波段光源的单位提供购买指导，为已经购买多波段光源的单位提供多波段光源的应用理论体系，以期大家在多波段光源的应用方面有科学的方法和手段，总结经验，为刑事技术的发展作出一定的贡献。

也作一个抛砖引玉的作用，以期有关专家能多在网上在多波段光源及其它刑事技术应用手段多进行交流。

一、多波段光源的定义、组成和来源

1、多波段光源的定义：

多波段光源是在紫外、可见光和红外光谱区中具有多个波段的单色光输出的小型激光器。

2、多波段光源的特征：

（1）、多波段光源是一种激光器是它成为多波段光源的前提。

（2）、在紫外和可见光、红外光谱区范围内有多个输出的波段。

顾名思义，“多波段”就必须有多个波段的光输出，我个人理解多波段到少要有五六个以上才能称得上多波段。

（3）、单色光输出有足够高的光强度。

多波段光源的发光灯光的功率一般都在一百瓦以上，但由于在使用时选择一个波段时将其余波段的光都滤掉了，照射到检材上的光的功率就很有限，作为一种激发光源，没有足够强的光强激发出的荧光（及磷光）并不能有效的发挥作用。

（4）、单色光中杂散光的相对含量足够低。

如果杂散光太强，就会将激发出的荧光掩盖，不能发挥其作用。

（5）、单色光有适当的光谱频率宽度。

如果光谱频率不合适的话，其作用也会因不合适的光的影响而受影响。

（6）、方便携带，适合在犯罪现场使用。

3、多波段光源的基本结构组成。

多波段光源的组成大同小异，基本由以下几个系统组成。

（1）、灯源。

灯源是多波段光源的最重要的部件之一。

现在的多波段光源的灯源主要有氙光灯和碘光灯，功率一般为100W到300W之间，个别的有500W的。

氙光灯的灯光比较纯，但价格也高，达1000美元左右，目前我国国内没有生产。

碘光灯一般为国产灯，每只灯泡价格在300元左右。

目前台式多波段光源主要采用300W的，手持式的100W的居多。

（2）、滤光系统系统。

滤光系统主要指的是多波段光源箱体内灯源前的滤光片转盘。

当选择一个波段的光时，滤光片转盘便将相应的滤光片转到灯源前面，将灯源发出的光进行滤光，让需要的光通过，不需要的光截止。

滤光片系统是多波段光源的最重要的，多波段光源两个最重要的性能指标单色性和波段宽度都基本取决于滤光片的质量。

滤光片的制作有多种手段，目前国外的制作水平较高，好的滤光片价格较高，差的滤光片价格较低，这也是国产多波段光源与进口多波段光源价格差距很大的原因之一。

（3）、输出系统。

输出系统对于手持式多波段光源来说并不是一个重要的系统，有的甚至没有。

对于台式多波段光源来说是很重要的系统。

多波段光源最重要的指标之一输出光强度与输出系统关系非常大。

输出系统最主要的部份是光纤，现在多波段光源的光纤一般长度为1.5米到2米之间，常用的有液导光纤和玻璃光纤。

多波段光源使用的液导光纤输出口的输出光强度可达到输入口输入光强度的50%左右；玻璃光纤输出口的输出光强度大约为入口处输入光强度的30%左右。

所以液导光纤相对玻璃光纤要好，价格也高，目前国内产的多波段光源没有采用液导光纤的。

（4）、控制、显示系统。

多波段光源的波段选择、波段调节、亮度调节、显示系统等是一些次要系统，对于波段选择，一般在箱体上都有一个波段调节旋钮，一个光强度调节旋钮，显示当前工作波段的液晶显示屏。

还有一些在光纤的输出端有波段调节按钮；有一些有波段微调旋钮，波段微调旋钮一般是通过调节滤光片和光源光轴的角度来调节通过波长，从理论上来讲，一些多波段光源能获得整个发光区域的连续波长的光，这样的微调系统对于显现要求较高的工作单位来说可能有一定的用处。

这些系统使多波段光源使用方便，对于性能和价格有一定的影响。

（5）、箱体。

多波段光源输出的色光一般不到一瓦，工作环境要求干扰光少，故箱体颜色最好为暗色调，对于箱体最主要的要求是不漏光、坚固、结构合理。

这些都比较容易做到，一般不同的厂家都有自己的风格选择，对于多波段的性能和价格影响不大。

（6）、后期图像处理系统。

多波段光源系统一般都是以光源、摄影滤色镜及光纤等组成。

但现在还有一些选配系统，后期图像处理系统就是其中的一个，后期图像处理系统常见的有CCD图像显示系统，这是一个将图像转换为视频图像在显示屏上，便于观察效果的一个系统。

还有的有图像处理系统，将图像取入电脑后可进行图像处理，比如背景消除等功能。

但这些系统对于一般的多波段光源使用单位没有多大用处，尤其是视频图像处理系统，对于对指纹要求高或有指纹自动识别系统的单位，可以考虑购买图像处理系统，在将一些条件不好的图像摄入电脑后直接录入指纹自动识别系统。

但是这在购买这些系统时要慎重考虑，尤其是对于一些基层单位，因为这些后期处理系统主要是进口的为多，价格非常贵，尤其是一些软件，如果一定要购买的话，不妨先考虑国产软件或者自己配置一些软硬件更为实在。

4、多波段光源的工作原理。

（1）、多波段光源的宏观使用原理：

多波段光源作为一种激光器，其在刑事技术的应用中主要作为一种激发光源使用。

所谓激发光源，是指用这种光源去照射一些物质（如手印物质）时，物体内部的原子的电子发生一些跃迁变化而发出与激发光波长（频率）不同的荧光和磷光（包括紫外线和红外线，但常用的激发出的光都是可见光），用滤色镜将激发光、杂散光滤去后所看到的就是与背景有一定反差的发出荧光（和磷光）物质（如手印纹线）。

（2）、荧光的产生的微观理论原理。

物质是由原子组成的，原子是由原子核和核外电子组成的，电子在一系列有一定大小、形状和方向的轨道上围绕着原子核运动，电子围绕原子核运动有一定的能量，通常电子总是在能量最低的轨道上运动，处于能量轨道最低的形态称为基态，基态能级以上的各个高的能级称为激发态，处于基态的电子由于受到外界的激励，如受到别的电子或原子的碰撞，接受到特定的光子就获得一定的能量，而使电子跃迁到较高的能级（激发态）上，处于激发态的电子是不稳定的，总是要回跃到能量较低的基态上，在回跃的过程中会将近接受到的能量以光子的形式释放出来，此时的光了的频率为

波长=光速*普朗克恒量/（激发态能量-基态能量）物质在接受一定波长的光子照射后被激发到激发太，然后通过释放另一特定波长的光子而回跃到能量较低的激发态现象称为光致发光现象。

通常释放的光子寿命小于0.000001秒，称为荧光，寿命在

0.0001--0.1秒之间的称为磷光，在手印显现中无明确的区分，

而统称为荧光。

5、多波段光源的来源及发展自从指纹被发现有其人各不同及其触物留痕等特点以来，指纹在刑事侦察中的证据作用始终是最强的，从理论上讲指纹具有触物留痕的特点，但将遗留在现场的指纹提取始终是最基本的工作。

在指纹提取技术上，共经历过几次革命，本人认为发明粉末刷显法、502熏显法及茚三酮等化学方法显现指印是三次指纹显现技术革命，但自从八十年代中期发明502熏显法以来指纹显现技术便没有大的进步，长期以来都只是作一些简单的改动。

1976年，在美国密执安州加拿大安大略省鉴定技术年会上，美国得克萨斯州理工技术大学物理系教授门哲尔博士，宣读了J.M.DUFF等人的合作成果《显现手印因有荧光的激光检测》一文，该文指出，手印中有些物质在受到激光照射后能发出荧光，从此激光开始应用于手印显现。

在其后的日子里，人们又发现，用一些物理化学方法（如荧光粉、染色等方法）处理手印后再用激光照射手印纹线能发出更强的荧光，激光的使用又更进一步。

最早用于指纹显现的激光器并不是专为刑事技术工作而制造的激光器，而是人们用于进行科学研究等使用的大型激光器，主要是氩离子激光器。

这些激光器发出的光强较强，可达4瓦左右，显现效果较好。

但大型激光器仪器非常笨重（整个装置要占几十平方米的专用房间）、耗量量大（可能需要达几十千瓦）、需要用水制冷、谱线相对较少（主要是488NM的兰光和514.5NM的绿光）等缺点，不适宜大范围推广，应用面也不是很广。

我国主要在一些公安部，一些省厅和一些科研单位（如公安部二所、广东省公安厅、中国刑警学院）等单位使用，作用较小。

进入九十年代，随着现代科技的发展，一些专业制造激光的外国厂家已经能制造小型的激光器，在将光源功率缩小的情况下采用风冷技术已经能制造体积较小的小型激光器、在采用滤光片的截止一些波段的光的方法下解决了光谱线少的问题，使用氙光灯或碘光灯解决了光的纯度等问题，使小型多波段激光器在刑事技术应用中成为现实。

在近几年，澳大利产的POLOLIGHT和美国产的CS-16在一些级别较高的单位和发达地区得到迅速的推广普及，国内一些厂家在学习外国器材的先进经验后也生产出自己的产品，激光器（多波段光源）用于刑事技术中成为一种非常有用的手段，人们也越来越接受多波段光源，并在使用的过程中摸索出很多有用的经验。

二、多波段光源的主要性能参数

多波段光源并不是能发出不同的颜色的光的器材就叫多波段光源的，要使其发挥出作用，激发出较强的荧光，有一些严格的要求。

在了解了前面多波段光源的原理和组成后，再看多波段光源的性能指标，对于确定多波段光源的质量和购买多波段光源时作出一个准确的判断是很有好处的。

多波段光源的主要性能包括如下五方面：

光的输出强度、光的输出强度、波段宽度、波段数目和分布、其它方面。

下面具体

讨论这五个性能。

1、光的输出强度：

光的输出强度指的是光源在输出系统的最后输出端口输出的光的强度，也可以理解为照射到检材上的光。

多波段光源输出强度越大，激发物质必光能力就越强，检验效果就越好，一般来说，激发固有荧光痕迹（如激发汗液指纹）需要100MW（毫瓦）以上功率的光，激发荧光处理痕迹（如激发经荧光处理的指纹）需要10MW（毫瓦）以上功率的光。

在其它性能指标相同的情况下，光的输出强度越大多波段光源的性能越好。

人们有一个认识误区便是认为光源（灯泡）的功率越大光的输出强度也越大，功能就越好，但事实上并不是如此。

光的输出强度与多波段光源的光源（灯泡）功率、滤光片质量、输出系统、箱体封闭性等有关，具体来说，在其它方面相同的话，有如下特点：

（1）、光源的功率越高，输出光的强度就越高。

（2）、滤光片质量越好，能过波长的光吸收得越少，截止波长的光吸收得越多，光的输出强度就越大。

（3）、光纤的材质：

如果采用玻璃光纤，如果长约为一米五的话，出口处输出的光强度约为入口处输入的光强度的30%左右，如果采用液导光纤，长约为一米五的话，出口处输出的光强度约为入口处输入的光强度的50%左右。

（4）、箱体的结构和封闭性等与光的强度与越高，如果结构合理、封闭性好的话，漏出的光就少，用输入到光纤中的光也越多，输

出的光也就越多。

2、单色性：

单色性指的是在选择了一定的波段后，在此波段之外杂散光水平的高低。

在理论上来说多波段光选择了一定波段的光后，滤光片便能将其余波长的光截止，只允许一定范围波长的光能过，但现实中总不能做到绝对化，不管滤光片质量如何的高，总会有在我们需要的波长之外的光通过滤色镜照射到检材上来，而这些光对于显现痕迹会产生不良干扰。

所以，人们往往用杂色光水平来衡量多波段光源的单色性。

所谓杂散光水平，是指杂散光与单色光之比。

杂散光水平越高，单色性就越差，表明滤色镜的质量就越差，照射到检材上的干扰光就越多，显现效果就越差；杂散光水平越低，单色性就越好，探测灵敏度就越高，多波段光源质量就越好。

激发光中杂散光水平很大程度决定了发光检验方法的探测灵敏度。

在其它性能指标相同的情况下，单色性越高多波段光源的性能就越好。

对于光源的单色性，到少要求达到这样的指标：

弱发光信号探测低限<=激发光杂散光水平。

多波段光源的单色性是多波段光源最重要的性能指标，如果多波段光源的单色性不好、杂散光多，激发出的荧光就会被杂散光掩盖，在照相等后续工作滤光时也不能将激发光滤完。

多波段光源的单色性是多波段光源最重要的指标。

多波段光源单色性主要与以下灯泡和滤色片质量有关。

（1）、灯泡。

多波段光源灯泡发出的光为白光，实际上是由各种连续波长的光组成。

各种不同波长的光按照一定的比例组成便能组成纯净的白光，但作为一种人造光源要得到真正纯净的白光却较难，对于灯泡发出的白光是否纯净也用其单色性来衡量。

质量好的灯泡发出的白光纯度比较高，比如氙光灯。

（2）、滤光片。

在使用多波段光源我们选择一种波长时，实际上我们是选择了一块滤光片滤去由灯炮发出的白光中的其它成份，只让我们需要的一定波长宽度的光能过。

多波段光源单色性的好与坏最主要是取决于滤光片，滤光片的质量好，指标能达到一定的程度，即使灯泡发出的白光不够纯，也能将大部份色光滤去。

3、波段宽度。

指的是多波段光源输出的单色光的波长范围。

简单说来，就是发出的光偏离中心波长的多少。

波段越窄，多波段光源的激发控制能力就越强。

波段宽度主要与滤色片有关。

一般来说，较好的多波段光源要求波段宽度在100NM--200NM之间。

4、输出波段和分布。

多波段光源之所以有这个名称，就是因为其能输出比较多波段的光。

一般来说，一个波段就要用一块滤光片，波段越多，要用的滤色片就越多，成本就越高；波段越多，选择激发波段范围就越大，检验能力就越强。

多波段光源的波段数一般都在10到25个这间。

但多波段光源也不是波段越多越好，波段太多了，相邻之间波段的激发能力相似，作用也相似，意义不大。

多波段光源波段要求有合理的分布，即在常用的波段范围内、要求较窄的波长范围内要求波段较多，反之就要求波段少，比如在紫外区域，现阶段常用的主要有长波紫外和短波紫外，这样在较长的区域内有长波紫外和短波紫外即可，在红外区域也类似，而对于激发功能较即地兰绿黄光区域，就要求波段密度相对大。

有一些多波段光源具有微调系统，微调系统采用的方法一般是通过调整滤光片和光照轴线的角度来调整光的通过波长，理论上来说通过这些微调系统，在整个光区域内能获得连续波长的光（主要是在可见光区域），但由于滤片片角度度与光源光轴不垂直，就导到光通过率变小，这是以牺牲输出功率为代价的。

5、其它参数：

多波段光源的一个重要特征是其要便于携带到现场使用，所以多波段光源的体积和重量要便于携带，现在使用较多的多波段光源重量一般都在20公斤以下。

三、多波段光源在刑事技术中的应用现在厂家在宣传多波段源时将多波段光源的应用说得特别广，几乎是无所不能。

其实，多波段光源在刑事技术应用中只有作为一种激发光源使用时才与其它光源作用才与其它光源有很大的差别，如果作为一种发光光源来使用的话，有很多便宜的光源效果甚至比它更好，完全没有必要用多波段光源如此昂贵一系统，多波段光源作为一种昂贵的器材，其它使用时消耗也是很大的，比如进口的氙光灯多波段光源，一只灯泡要1000美元左右，使用寿命约为1000小时，即每使用一个小时，灯光便要消耗掉1美元，这便帐一算成本就大了。

所以，对于多波段光源的作用，我个人认为应该坚持这样一个原则：

能用其它操作相似的方法处理的痕迹物证，就没有必要用多波段光源处理。

多波段光源应用，主要是应用其作为激发光源的功能，所以多波段光源在使用时一般是对于这样几种情况：

我们要求显现的物质在激发光源照射后发出的荧光大大强于背景荧光（或者背景不发荧光）；要求显现的物质在激发光源后发出的荧光与背景荧光波长有较大的区别；要求显现的物质在激发光下不发荧光而背景荧光的；在这三种情况下多波段光源的应用较大。

具体来说，多波段光源主要在以下几个方面发挥作用：

激发有固有荧光物质（包括痕迹物证和背景），比如一些矿物油指印在一此波长的光下会发出荧光；血指纹没有荧光，通过激发背景荧光来显现血指纹。

激发经过荧光处理的痕迹物证，比如BBD染色的白色背景上的“502”手印等，DFO处理的纸上的指印，荧光粉处理的指印，文件检验方面的应用，法医学检验方面的应用，现场勘查中的应用等。

（一）、多波段光原在手印显现方面的应用

1、荧光粉末显现手印法。

粉末刷显法虽然是最古代的汗涂手印显现法，但到今为止，仍然是最常用的显现方法，尤其是在基层单位，基本是采用粉末刷显法和“502”熏显法，这两种方法对于现今的多数客体上的汗液手印来说仍然是最好的显现方法。

荧光粉末显现手印，是金粉银粉等粉末刷显的延伸，但有其自有

特性：

（1）、荧光粉颗粒细、重量轻、沾附力强。

这个特点使荧光粉对手印的沾附力很弱，沾在手印上的粉末在普通光下观察甚至观察不到粉末的存在，利用荧光粉的这个特点，可以对一些沾附力太强，用普通粉末刷显可能会过厚的手印进行显现，比如一些浅油迹手印用荧光粉显现就能取得很好的效果。

（2）、荧光粉有很强的荧光。

虽然在普通光下看不到荧光粉的存在，但使用多波段光源450NM左右的光照射时有非常强的荧光，显现效果非常好。

（3）、经荧光粉处理后的手印还能用其它方法处理。

由于沾附在手印上的荧光粉非常少，所以经过荧光粉处理后的手印再用其它一些方法处理时受荧光粉的影响非常少，甚至于没有，经荧光粉处理后的手印，还可进行“502”熏显处理、普通粉末刷显、定向反射等照相方法处理，基本不受荧光粉的影响。

但经荧光粉处理后的手印再用其它化学方法可能效果不好。

（4）、荧光粉也可作手印显现后处理方法使用。

比如白色客体上“502手”印，可用荧光粉刷显后进行照相，取得更好的效果，其它一些经过物理方法处理的手印也可考虑用荧光粉进行处理。

但经化学方法后处理的手印（如BBD染色）再用荧光粉处理效果不好。

磁性荧光粉的原理和效果与普通荧光粉基本相同。

但磁性荧光粉颗粒更粗、吸附力更强，在显现手印时可先用荧光粉处理、再用磁性荧光粉处理。

磁性荧光粉着粉有时能达到和普通荧光粉一样多的程度。

荧光粉基本适用于所有光洁客体上的新鲜汗液手印，比如玻璃、陶瓷、搪瓷、电镀金属、铝合金等客体，对于一些较特殊的手印，如一些浅油迹手印有时也能取得意想不到的效果，磁性荧光粉除适用于光洁客体外，还对本色本、皮革和背景比较复杂的一些手印有较好的显现效果。

对于磁性荧光粉着粉太厚的手印，可以用80到100目之间的铁粉进行清理减薄。

由于荧光粉吸附力较弱，所以要采用比较柔软的毛刷刷显，如果采用普通毛刷就可能会连手印纹线上的粉末都扫去，影响显现效果。

普通的玻璃纤维效果都不好，最好采用鹳毛刷进行刷显。

2、DFO法显现手印法。

DFO是一种学名为“1,8—三—氮芴——9——酮”的化学药物，DFO经本身不发荧光，经与手印中氨基酸反应后生成一种淡紫色化合物，这种化合物在白色下荧光非常弱，但在530NM到560NM左右波长的光的照射下能发出较强的荧光，由于DFO可溶解于有机溶剂，能渗透进渗透性客体内部，且与氨基酸反应的灵敏度很高，所以是茚三酮之后显现渗透性客体上汗液手印的一种有很大进步的显现方法，其它显现效果据有关报道是茚三酮显现方法的灵敏度的三倍。

DFO对于富氨基酸手印显现都有很好的显现效果，包括汗液手印和血手印。

DFO使用的浓度要求很低，所以为了配制溶液方便，配药时分为储存液和工作液，现在常用的配方是：

DFO0.4克

甲醇40ML

冰乙酸20ML三氯三氟乙烷940ML（也可用石油醚代替,但建议最好使用三氯三氟乙烷）

配制方法:

将40ML甲醇和20ML冰乙酸混合后加入0.4克DFO，制成DFO储存液。

再加入940ML三氯三氟乙烷制成1000ML工作液。

储存方法：

将储存液（或工作液）用棕色瓶装好，最好再用胶纸沾住瓶盖与瓶口处防止气体挥发，放置于冰箱内冷冻保存。

一般来说，储存液保存一年以上仍能有效的显现手印。

之所以要将DFO分成储存液和工作液，主要是考虑到一些单位中DFO平时使用不多，如果一次性配制太多工作液，可能会使用太久而使溶剂挥发变质等。

在配制DFO的储存液或工作液（主要是工作液）时，有时会发现溶液分成现象，尤其是储存液放置太久时再配工作液时很容易出现这种现象，产生这种现象有主要原因是溶液的酸度不够，因此可加入乙酸乙酯使其混溶完全，一般来说一千毫升中加入40到60毫升为宜。

显现方法：

1、将要显现的客体浸入DFO工作液中约10秒中浸

湿，取出客体风干后再浸入约10秒中取出风干。

基层单位中要显现的客体面积和体积往往较大，没有足够多的溶液将客体浸入，因此可采用涂抹法将DFO涂显客体，对显现效果影响不大。

2、将客体放入烘箱中，在80摄氏度下加热20分钟。

对于一些没有烘箱的单位，也可采用用上光机烘光或用电烫斗加入，也能取得基本相同的效果。

3、在多波段光源下用不同的波长进行观察，一般采用430--530

间的波长进入激发，采用红色带通眼滤色镜进行观察或照相。

显现注意事项：

DFO与氨基酸反应产物对光有两个吸收峰，分别是450NM和530NM，发射峰在570到580NM之间，由于其有双吸收峰，所以在选择激发光源时要试用各种不同的波长，而且由于很多渗透性客体背景荧光也较强，所以在选择滤色镜观察或照相时要试用不同的滤色镜，对于DFO法显现的手印，采用长通滤色镜观察效果不好，应该采用带通滤色镜。

总之，在观察DFO显现的手印时，要用不同波长的光的激发手印并组合不同的滤色镜进行观察。

切不可依经验一次搞定，漏掉了一些手印。

据报道，虽然DFO的显现效果比茚三酮显现效果好，但用DFO显现处理后再用茚三酮处理后仍然有4%的新的手印的显现出来，因此，对于一些大要案，我们建议在用DFO处理后都再用茚三酮处理，以取得最好的显现效果。

3、“502后”处理在现实工作中，我们经常会遇到白色客体上的“502”指印、复杂背景的“502”手印等，对于这些手印，采用常用的方法照相很难取得好的反差，对于这些“502”熏显后难以提取的手印，可以采用染色法处理后用多波段光源激发使其发出荧光，照相后能取得很好的效果。

我们知道，“502和手印中氨基酸反应后生成物是“a—氰基丙烯

酸乙酯”聚合物。

这种聚合物本身只有很微弱的荧光，用多波段光源直接照射效果不好。

但这种聚合物是一种多孔的结构，有很好的吸附性，而光洁客体对于一些化学试剂的吸附性又较差，所以