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Optoelectronics
Vol.06 No.02(2016), Article ID:17750,6 pages
10.12677/OE.2016.62006

The Application of 266 nm Ultraviolet Ceramic Laser in Visualization Latent Fingerprints by Reflection

Yun Zou1, Zhenke Qin1, Xuejun Zhao1, Nengbin Cai2, Xiaochun Huang2, Sibo Wen2, Feiyu Yang1*, Wenbin Liu1*

1Shanghai Key Laboratory of Crime Scene Evidence, Shanghai Research Institute of Criminal Science and Technology, Shanghai

2Institute of Forensic Science, Shanghai Municipal Public Security Bureau, Shanghai

Received: May 17th, 2016; accepted: Jun. 3rd, 2016; published: Jun. 6th, 2016

Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

ABSTRACT

This paper describes visualization of latent fingerprints by 266 nm ultraviolet ceramic laser. Self-made 266 nm ultraviolet laser with a ceramic gain medium was used to illuminate the latent fingerprints on the non-porous substrates. The images were recorded by ultraviolet camera through reflection photography. The results showed that the marriage of ultraviolet ceramic laser and reflection photography was an effective method on visualization of latent fingerprint on non-porous substrates. The visualization rate of oil fingerprints is higher than the sweat fingerprints. Ceramic materials have the advantages of good chemical stability, high-tem- perature resistance, size stability and light diffuse reflection. The 266 nm ultraviolet ceramic laser could be adopted to the visualized latent fingerprints on the non-porous substrates. The ultraviolet ceramic laser operating at 266 nm has potential application in the field of criminal investigation.

Keywords:Ultraviolet Ceramic Laser, Reflection Photography, Visualization, Latent Fingerprints

266 nm陶瓷激光器反射照相在指纹显现中的 应用

邹芸1，秦真科1，赵雪珺1，蔡能斌2，黄晓春2，温思博2，杨飞宇1*，刘文斌1*

1上海市刑事科学技术研究院，上海市现场物证重点实验室，上海

2上海市公安局物证鉴定中心，上海

收稿日期：2016年5月17日；录用日期：2016年6月3日；发布日期：2016年6月6日

摘 要

本文研究潜在指纹显现的新技术，用自主研发的266 nm短波紫外陶瓷激光器作为光源照射检材，通过反射照相方法显现各种非渗透性客体表面的潜在指纹。紫外陶瓷激光器能有效显现出光滑客体表面的潜在指纹，并且油脂指纹检出率高于汗液指纹检出率。陶瓷材料由于其良好的化学稳定性、耐高温性、尺寸稳定性、光漫反射特性等优点，利用该266 nm短波紫外陶瓷激光器可以显现非渗透性客体表面的潜在指纹，在刑侦领域上有较好的应用前景。

关键词 :紫外陶瓷激光器，反射照相，显现，潜在指纹

1. 引言

指纹技术中最关键的问题是潜在指纹的显现，由于指纹所在的客体检材表面种类繁多复杂，因此适应各种不同检材并增强潜指纹显现灵敏度的显现技术一直是法庭科学的研究热点。指纹技术发展至今，根据显现原理的不同，可以分为物理显现法、化学显现法和光学显现法。物理显现法缺乏稳定性、易吸入人体且操作过程中易破坏指纹纹线；化学方法灵敏度较高，但实际操作过程中仍难以适用背景颜色复杂的客体环境，且部分试剂对人体有一定危害。总体来看，按照物证检验的无损检验方法优先原则，光学方法依然是多种显现方法中的首选。

美国Menzel、加拿大Dalrymple和Duff等 [1] 利用连续波氩离子激光检验出了一段黑色绝缘胶带粘面上的一枚潜指纹，引起了世界各国法庭科学研究人员的极大关注。激光应用于指印检测领域以来，国内在这一领域的研究也取得了一系列的成果 [2] - [7] 。然而，短波紫外激光在潜指纹显现中的应用较少，该类装置更是少见。紫外反射照相方法作为一种无损检验方法，尤其对玻璃、照片等非渗透性客体表面指纹显现具有突出效果。本文利用自主研制的266 nm陶瓷激光器对彩色照片、光滑玻璃、毛玻璃、玻璃杯、剪刀、火车票、食品塑料袋、鼠标等客体表面的潜在油脂指纹和汗液指纹进行显现，利用配置266 nm滤光镜和紫外相机进行拍摄，有效地提取了该类客体表面的潜在指纹。

2. 材料与方法

2.1. 样本

采用彩色照片、光滑玻璃、毛玻璃、玻璃杯、剪刀、火车票、食品塑料袋、鼠标为承载客体，分别按捺油脂指纹和汗液指纹各10个。

1) 油脂指印：手指洗干净后，擦拭额头、鼻子后捺印。

2) 汗液指印：手指洗干净后，用塑料袋包裹手15分钟后，捺印。

2.2. 设备的设计方案

如图1所示，是266 nm紫外陶瓷激光器的装置图。该装置主要由808 nm半导体激光泵浦系统、谐振腔、KTP晶体、BBO倍频晶体和石英分光棱镜组成。808 nm半导体激光泵浦系统发射出波长为808 nm的激光，采用光纤耦合，导入谐振腔，经过掺杂浓度为1.0at%，的Nd:YAG透明陶瓷，辐射1064 nm的激光。1064 nm激光通过KTP晶体产生532 nm绿光，谐振腔由两面反射镜构成，表面镀有1064 nm和532 nm的高反膜，激光在谐振腔内来回反射，当激光功率超过输出耦合镜的阈值后，从输出耦合镜输出，532 nm经过BBO倍频晶体产生266 nm紫外激光。为获得单色性更好的紫外激光光束，最后采用石英分光棱镜分光。

2.3. 实验器材

266 nm陶瓷激光器、紫外镜头、SCENESCOPE紫外照相机、护目镜。

2.4. 实验方法

以陶瓷激光器输出的波长为266 nm短波紫外线作为光源分别照射检材，通过波长为266 nm的带通滤光镜进行滤光，利用SCENESCOPE紫外照相机分别接受检材反射的266 nm紫外激光亮度分布，针对每个检材调整照射角度、曝光时间和照射距离，拍取最佳成像照片，示意图见图2。

3. 实验结果

3.1. 指纹检测结果

指纹检测结果如表1所示。油脂指纹纹线清晰的共38个，占47.5%，少量纹线的共32个，占40%，总体检出率为87.5%。汗液指纹纹线清晰的共32个，占40%，少量纹线的共17个，占21.3%，总体检出率为61.3 %。

3.2. 示例照片

彩色照片、光滑玻璃、毛玻璃、玻璃杯、剪刀、火车票、食品塑料袋、鼠标表面的潜在油脂指纹和汗液指纹提取效果对比见图3~6。

Figure 1. The image of 266 nm ceramic ultraviolet laser device

图1. 266 nm紫外陶瓷激光器的装置图

Figure 2. Schematic diagram of 266 nm ultraviolet reflection imaging

图2. 266 nm短波紫外线反射照相示意图

Table 1. Visualization results of latent fingerprints

表1. 指纹检测结果

4. 讨论

4.1. 紫外反射照相原理探讨

紫外反射照相适合彩色照片、玻璃等光滑客体表面的指纹提取。通过调整短波紫外线的入射角度，光滑客体表面发生定向反射，使垂直方向进入镜头的紫外线很少，而指纹纹线在紫外照射下会发生漫反射，从而会反射紫外线进入镜头，故能有效提取该类光滑客体表面的潜在指纹。

4.2. 油脂指纹和汗液指纹检出率差别

油脂指纹检出率90%，整体高于汗液指纹检出率60%。这是由于额头和鼻子表面油脂含量多，且不易挥发，因此较汗液指纹检出率高。毛玻璃表面汗液指纹检出率较低，因为毛玻璃表面不光滑，玻璃表面易发生漫反射，干扰了纹线表面漫反射的光线，故检测率低。光滑的玻璃杯表面指纹比背景亮，因为玻璃杯对266 nm的光吸收比纹线强，纹线反射的紫外光较强，因此纹线亮，背景暗。火车票、食品塑料

Figure 3. The images of fingerprints on chromophotograph (left) and smooth glass (right)

图3. 彩色照片表面指纹(左)和光滑玻璃表面指纹(右)

Figure 4. The images of fingerprints on frosted glass (left) and cup (right)

图4. 毛玻璃表面指纹(左)和玻璃杯表面指纹(右)

Figure 5. The images of fingerprints on scissor (left) and ticket (right)

图5. 剪刀表面指纹(左)和火车票表面指纹(右)

Figure 6. The images of fingerprints on plastic bag (left) and mouse (right)

图6. 食品塑料袋表面指纹(左)和鼠标表面指纹(右)

袋表面汗液指纹检出率为0，分析由于火车票纸质为胶版纸，对油墨的吸收性好，但抗水性能强，难以在其表面留下汗液指印，故而无法显现。食品塑料袋表面汗液指纹无法显现分析也是该类原因导致。鼠标表面的油脂印和汗液指印有较好的显现，因为油脂印及汗液指印与鼠标的磨砂表面有较好的贴合，鼠标作为背景对紫外光的吸收更强。

4.3. 陶瓷激光器的优势

本文所用陶瓷激光器，是一种基于Nd:YAG透明陶瓷为增益介质的陶瓷紫外固体激光器，系自主研发的具有准连续短波紫外激光输出的激光器。目前高重复频率、高峰值功率266 nm紫外激光输出普遍采用调Q技术，该技术的缺点是持续高频激光输出导致单晶内部热效应过大，降低输出激光的质量，影响紫外固体激光器的连续应用。近年来发展的新型激光材料——Nd:YAG透明陶瓷，具备与单晶一致的热导率、热膨胀系数、吸收光谱、发射光谱、荧光寿命和激光性能，还具有单晶难以比拟的优势，钕离子掺杂浓度高利用激光器的小型化，易于制备的复合结构有利于实现主动调Q，大尺寸有利于提高激光输出功率，并且陶瓷的高温热损伤阈值是单晶的1.5倍，更适合在高温条件下使用。激光为自由发散输出，通过功率调节器可控制输出激光功率大小，发散的激光适合照射检材表面的指纹区域。

5. 结论

在光功率为20 W的808 nm半导体激光泵浦下，Nd:YAG陶瓷激光器在266 nm波段的输出功率平均为0.32 W，转换效率达1.6%。据我们所知，这是首次利用Nd:YAG陶瓷产生1064 nm，再经过光学倍频晶体四倍频获得266 nm的紫外激光输出。该激光器具有高的光学品质和良好的热导率、化学稳定性、尺寸稳定性、光漫反射特性等优点，而且制造成本低、生产周期短，比单晶激光器提供了更加灵活的设计，可以很容易地控制其光学特性，在法庭科学领域有较大应用前景。

6. 总结

本文将自主研制的Nd:YAG陶瓷紫外固体激光器应用于刑案现场潜在指纹探测，激光器为全固态结构，具有制备工艺简单、性能稳定、操作方便、成本低廉、转换效率高等优点，鉴于陶瓷的热损伤阈值比单晶高约1.5倍，更有利于连续高功率激光输出。在潜在指印的显现中，在客体表面的油指印显现率达87.5%，汗液指印显现率达61.25%，具有较好显现效果。

基金项目

上海市科技委员会保密专项(No. 14JG0500300)、上海市青年科技启明星计划项目(Grant No. 15QB1403400)资助。

文章引用

邹 芸,秦真科,赵雪珺,蔡能斌,黄晓春,温思博,杨飞宇,刘文斌. 266 nm陶瓷激光器反射照相在指纹显现中的应用
The Application of 266 nm Ultraviolet Ceramic Laser in Visualization Latent Fingerprints by Reflection[J]. 光电子, 2016, 06(02): 33-38. http://dx.doi.org/10.12677/OE.2016.62006

参考文献 (References)

  1. 1. Dalrymple, B.E., Duff, J.M. and Menzel, E.R. (1977) Inherent Fingerprint Luminescence Detection by Laser. Journal of Forensic Sciences, 22, 106-111. http://dx.doi.org/10.1520/JFS10373J

  2. 2. 王桂强, Brambie, S.K., Creer, K., 等. 用紫外发光技术显现潜在汗液指印[J]. 刑事技术, 1993(3): 36-40.

  3. 3. 王桂强. 刑事影像技术新体系[J]. 刑事技术, 2003(5): 30-35.

  4. 4. 吕晓峰, 许俊强. 用紫外观察照相系统提取现场指纹[J]. 刑事技术, 2004(4): 49.

  5. 5. 蔡能斌, 徐宝桢, 孙文鼎, 等. 紫外激光成像装置显现潜指印的研究与应用[J]. 中国人民公安大学学报: 自然科学版, 2011, 17(3): 1-4.

  6. 6. 蔡能斌, 黄晓春, 温思博. 紫外激光技术显现潜在指印的研究[J]. 中国司法鉴定, 2010(4): 20-22.

  7. 7. 黄晓春, 温思博, 蔡能斌. 紫外反射成像技术显现弧面客体上的潜在指印[J]. 影像技术, 2013, 25(4): 25-27.

    8. NOTES

    *通讯作者。

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