Полупроводниковые излучатели для ультрафиолетовой области спектра и их применение

В настоящее время актуальной проблемой является совершенствование техники криминалистики. Ее задача, среди прочих, — контроль подлинности ценных бумаг, банкнот, различных документов, а также выявление следов, которые преступник мог оставить на них. В основе технических средств криминалистической диагностики предназначенных для контроля документов и других диэлектрических материалов, лежит оптический метод [1]. Его физическая сущность основана на анализе вторичного излучения от объекта контроля. Вторичное («информационное») излучение инициируется первичным («зондирующим») излучением, длина волны которого и мощность определяются конкретной задачей контроля. Ко вторичному излучению относятся отраженное от объекта контроля излучение, проходящее через него излучение, люминесцентное излучение бумажных носителей и красок, используемых при изготовлении и оформлении объектов контроля [1].

Оптический метод контроля в отраженном и проходящем излучении фиксированного диапазона спектра электролюминесцентного излучения, а также люминесценция материалов и красителей обеспечивает решение задач определения достоверности документов, ценных бумаг, банкнот, анализа подлинности произведений искусства, судебно-медицинской экспертизы, скрытых следов пальцев рук и микроскопических количеств биоорганических соединений, выявления фактов химического и механического воздействия на объект исследования и др. [1].

При проведении углубленного исследования объектов контроль проводится в широком диапазоне спектра электромагнитного излучения: от 100 нм до 2 мкм и более [1].

Нас, однако, в данной работе будет интересовать применение для целей криминалистики полупроводниковых излучателей, работающих в УФ-области спектра.

При этом наибольший интерес представляет УФ-область 320–400 нм, т. к. практически все краски светятся при их облучении именно в пределах этой области спектра. Такое излучение проходит сквозь обычное стекло и практически безопасно для здоровья [2]. Следует при этом сделать замечание: в литературе УФ-излучателями называются даже те, которые излучают в области спектра 400–410 нм, хотя это явно фиолетовая область спектра. Тем не менее здесь мы сохраним такую терминологию, поскольку она получила весьма широкое распространение.

В таблице 1 сведены основные параметры УФ светодиодных излучателей [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]. Время их непрерывной работы составляет 5×10⁵–10⁶ ч, диапазон рабочих температур от –40…+55 до –60…+80 °С (в ряде случаев до +110 °С).

Характеристики и применение УФ-фонарей

В таблице 2 представлены основные параметры фонарей на основе светодиодных излучателей, работающих в УФ-области спектра [13 ,14, 15, 16, 17]. C типичным внешним видом фонарей можно ознакомиться в работе [18].

Для проверки подлинности банкнот в полевых условиях пригодны карманные УФ-фонари с длиной волны 365–370 нм. Для проверки паспортов, водительских удостоверений, банковских карт подходят УФ-фонари с длиной волны 365 нм. Под таким излучением ярко светятся все защитные УФ-метки. Вследствие органической природы старых красок и состава палеонтологических организмов, УФ-фонари активно используются в археологии, оценке произведений искусства и палеонтологии. УФ-излучение используется для подсвета и определения минералов и мест выхода пород в геологии и спелеологии за счет разноцветного свечения горных пород в УФ-спектре. По подобным причинам мощные водо­непроницаемые УФ-фонари с длиной волны 365 нм используются для подсвета кораллов во время дайвинга [14].

Технология УФ-меток используется для маркировки деталей или упаковки на производстве, в качестве противоугонной маркировки в автомобилях. Такая маркировка не видна при обычном свете: и знак, и надпись становятся отчетливо видимыми при подсвете УФ-излучением. В некоторых играх также используются невидимые коды, надписи, сделанные флуоресцентными маркерами. Для подсвета таких надписей рекомендуются УФ-фонари с длиной волны 385 нм или 395–400 нм. При этом фонарь с длиной волны 385 нм будет давать лучший контраст из-за отсутствия паразитной фоновой засветки. Это позволяет быстрее найти код [14].

Флуоресцентная краска иногда добавляется в рабочие жидкости механизмов для поиска течей и неисправностей — например, в хладагент холодильных установок, холодильников, антифризов. Чтобы обнаружить эту краску, подойдут УФ-фонари с длиной волны 395 нм [14].

УФ-фонари нашли свое применение в клиринге помещений, в криминалистике и судебно-медицинской экспертизе. Органические жидкости (кровь, моча, сперма и др.) и продукты разложения светятся преимущественно в области спектра 300–380 нм. В клиринге для проверки чистоты помещений рекомендуются мощные УФ-фонари с длиной волны 365 нм, позволяющей видеть органические загрязнения [14].

Для отверждения (сушки) полимерных материалов (клеев, лаков, красок, геля для ногтей) лучше всего подходят специальные фонари со светодиодами с длиной волны 365 нм [14].

Неразрушающий контроль любых размеров и форм основан на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей (пенетратов) в полости несплошностей. УФ-фонари применяются в энергетике, авиации, ракетной технике, судостроении, химической промышленности и других отраслях. Для некоторых материалов и изделий этот метод является единственным для определения пригодности деталей или установок к работе. В этих целях, как правило, используются мощные переносные фонари со светодиодами на 365 нм [13].

Для магнитной дефектоскопии, магнитопорошкового контроля, криминалистической диагностики используются мощные (не менее 3 Вт) УФ-фонари с длиной волны 365 нм. УФ-фонари могут использоваться при поиске насекомых, микроорганизмов, грибков. Насекомые выделяются на общем фоне при подсвете в области спектра 300–380 нм. Микроорганизмы светятся, в частности, при освещении их УФ-фонарями с длиной волны 395 нм [14].

УФ-фонари могут использоваться для подсвета флуоресцирующих предметов и заряда предметов, светящихся в темноте. Флуоресцирующие предметы будут вспыхивать при любом УФ-подсвете. Однако заряд таких предметов произойдет гораздо быстрее при использовании более низких длин волн УФ-спектра (например, 365–370 нм) [14].

Рис. 1. Светодиодный УФ-осветитель The Labino BigBeam UV Battery

Существуют, кроме миниатюрных фонарей, более крупногабаритные светодиодные УФ-осветители. В частности, The Labino BigBeam UV Battery [17] (рис. 1) создает энергетическую освещенность 2800–3500 мкВт/см² на расстоянии 38 см. Источником излучения являются девять УФ-светодиодов с длиной волны 365 нм. Питание фонаря осуществляется от Li-ion аккумулятора с напряжением 14,8 В или от сети ~220 В/50 Гц. Время работы аккумулятора без подзарядки составляет 2,3 ч. Той же фирмой разработан компактный фонарь The Labino Torch Light-Spotlight [17] (рис. 2). Его основные параметры даны в таблице 2. Осветитель создает энергетическую освещенность 8000 мкВт/см² на расстоянии 88 см. Время работы осветителя без подзарядки 8 ч. Осветитель обеспечивает полную мощность излучения сразу после включения.

Рис. 2. Светодиодный УФ-фонарь
The Labino Torch Light-Spotlight

Комбинированные УФ-осветители и полупроводниковые лазерные излучатели

Фирма НПЦ «Спектр-АТ» разработала комбинированный осветитель (рис. 3) на основе УФ светодиодного излучателя и светодиодного излучателя видимого света свечения [1]. Осветитель содержит лупу с увеличением 2^×, мощность УФ-излучения составляет 0,03 Вт, длина волны 365 нм, энергетическая освещенность в рабочей зоне составляет 3000 мкВт/см². Время непрерывной работы при питании от литий-ионной батареи составляет более 2 часов, габариты 172×40×30 мм, масса 0,11 кг, диапазон рабочих температур 0…+50 °С. Осветитель предназначен для контроля в УФ-излучении различных объектов: документов, банкнот и другой печатной продукции, имеющей защиту, наблюдаемую при облучении УФ-источниками. Прибор отлично подходит для оснащения курьерских служб, связанных с получением наличных денег, полицейских или пограничных патрулей, занимающихся проверкой документов в условиях, где нет возможности воспользоваться стационарными УФ-детекторами [1].

Рис. 3. Комбинированный осветитель
на основе УФ светодиодного излучателя и светодиодного излучателя видимого света свечения

Той же фирмой разработан портативный криминалистический прибор «Корунд-МТВ-09» [1], предназначенный для оперативной проверки подлинности банкнот, акцизных марок, паспортов, удостоверений личности и других документов в нестационарных условиях. Контроль осуществляется в люминесцентном видимом излучении, возбуждаемом мощным светодиодным УФ-излучателем с длиной волны 365 нм с мощностью излучения 310 мВт и ИК-излучателями от двухдиапазонного светодиодного осветителя с длинами волн 850 и 940 нм с энергетической силой света 20 мВт/ср для каждой длины волны. Высокая освещенность от зондирующего излучения позволяет проводить контроль документов при ярком свете. Визуализация ИК-излучения осуществляется с помощью высокочувствительного ТВ-канала с выводом изображения на ТВ-монитор. Разрешение ТВ-камеры составляет 640×480 пикселей, питание — три элемента АА типа (напряжение 3,6–4,5 В) или через сетевой адаптер с напряжением 5 В от сети переменного тока ~220 В/50 Гц. Потребляемая мощность — 6,5 Вт. Время непрерывной работы от полностью заряженных аккумуляторов с емкостью 2,3 А·ч — не менее 60 минут, масса прибора (с аккумуляторами) 0,35 кг, габариты 173×69×47 мм.

Фирма ООО «ТАСК-Т» предлагает прибор с таким же названием «Корунд-МТВ» (рис. 4), который имеет то же назначение [19]. Он также использует светодиодные УФ и двухдиапазонные ИК-осветители с длинами волн соответственно 365 и 850, 940 нм (мощность соответственно 180–210, 40 и 35 мВт). Масса прибора 0,4 кг, габариты 173×70×47 мм, питание от трех аккумуляторов с емкостью не менее 2,3 А·ч или через сетевой адаптер с выходным напряжением 5 В от сети ~220 В/50 Гц. Время непрерывной работы от аккумуляторов не менее 90 мин. ИК-излучение визуализируется миниатюрной ТВ-камерой с объективом и входным ИК-фильтром. Разрешение ТВ-камеры 640×480 пикселей. Изображение выводится на встроенный миниатюрный ЖК ТВ-монитор с диагональю 2,5 дюйма и наблюдается через окуляр.

Рис. 4. Портативный прибор для проверки документов «Корунд-МТВ»

В настоящее время существуют также полупроводниковые лазерные излучатели, работающие в УФ-области спектра [20–22]. Их основные параметры представлены в таблице 3. Они часто используются в фонарях для дайвинга.

Настольный криминалистический блок

Фирма НПЦ «Спектр-АТ» разработала настольный криминалистический блок «ГЕНЕТИКА-09» для углубленной проверки документов, банкнот, ценных бумаг, других носителей знаковой информации, анализа подлинности произведений искусства, судебно-медицинской экспертизы, обнаружения и регистрации скрытых следов пальцев рук и микроскопических количеств биоорганических соединений, выявления фактов химического и механического воздействия на объект исследований и др. [1].

Рис. 5. Настольный криминалистический блок «ГЕНЕТИКА-09»

Основные параметры блока «ГЕНЕТИКА-09» представлены в таблице 4, а внешний вид – на рис. 5.

Таким образом, существуют разнообразные УФ полупроводниковые излучатели, нашедшие весьма широкое применение.