CN112739492B - 在钻石内部生成和检测可透光图像的方法及检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在钻石内生成图像的方法，该图像携带用于各种目的的信息，例如，识别码，识别钻石的标记。所要求保护的发明的技术问题是消除原型的缺点，即增加在钻石内部生成透光图像并随后对其进行检测的可靠性，同时简化了图像的生成过程，从而实现以下技术结果：增加在钻石内生成透光图像及其检测的准确性。所述技术结果是通过用于在钻石内部生成透光图像的方法实现的，其中在钻石表面下生成所述图像，该图像由给定组的微米或亚微米尺寸的透光元素构成，上述透光元素会干扰钻石晶体结构的周期性，其中在钻石中生成图像，该图像是由给定组的微米或亚微米大小的透光元素组成的标记，这些元素会干扰钻石晶体结构的周期性，在空位和间隙形成的杂质的化学元素参与到微米或亚微米大小的体积中，其中通过用聚焦在聚焦区处的光辐射处理钻石来干扰钻石晶体结构的周期性，聚焦区位于钻石晶体周期性干扰的预期分布区域中，提供超短辐射脉冲，在指定的聚焦区中的空位和间隙处形成给定的微米或亚微米大小的透光元素集，同时在指定的聚焦区提供低于阈值通量的积分通量，在该阈值通量下钻石局部转化为石墨或其他非钻石形式的碳，或者在晶体中形成开裂，裂口。所述技术结果还通过用于通过光的偏振的局部旋转来检测钻石内部的透光图像的方法来实现，以及通过组合(拉曼)散射畸变或通过天然杂质的发光光谱的局部畸变来检测钻石内部的透光图像的方法来实现，以及通过这些方法来执行检测的系统来实现。

Description

在钻石内部生成和检测可透光图像的方法及检测系统
技术领域
本发明涉及记录钻石中的信息的方法，尤其涉及在钻石内部生成图像的方法，该图像携带用于各种目的的信息，例如，只有一小群人知道的信息，例如识别码，识别钻石的标记，尤其涉及在多面且未切割的天然钻石或合成钻石内部，使用放大镜和各种类型的显微镜在钻石内部生成可透光的图像的方法，这些图像是肉眼所无法看到的，而不会影响它们的吸收特性，从而导致对钻石的品质造成损害。
背景技术
在钻石的体积中生成图像以例如对钻石进行标记以识别和追踪钻石，而又不损害其质量以及最终的成本的这一问题是公知的，因为钻石的一些属性会使得生成这种图形变得非常困难。
众所周知，在可见光谱范围为400-700nm的波长下，钻石是光学透明的，钻石是一种硬度极高的材料，在强烈的机械应力或过度的局部加热下容易破裂，因此，优选为可读代码、样本、序列号及文数字形式的标记图像必须非常小，且无法通过机械和化学作用接触到这些标记图像，以避免未经授权的检测或去除，但不得改变钻石的外观和商业价值。
已知有各种方法将图像施加到多面钻石的表面上。但是，切面钻石表面的切面朝向不同的方向，尺寸很小，如果将宝石插入框架中，可能无法进行标记和检测。另外，原始的表面标记可以通过机械和化学处理，例如抛光，蚀刻来破坏。因此，尤其对于昂贵的钻石而言，优选在钻石的表层下产生标记图像而不改变外表面。
无论是出于存储信息的目的还是为了用于光学技术中，在钻石体积中生成二维和三维图像都是一种很有前景的技术。
目前已知有在天然钻石中生成对光辐射不透明的标记形式的图像的方法，其中之所以可在钻石中生成图像的原因在于围绕天然杂质的受干扰的钻石微结构的体积的发展，这里的天然杂质例如肉眼不可见的各种结构缺陷和杂质，大多数为氮，氢和硼原子，另一个原因在于掺入了杂志离子，例如磷，从而在钻石结构中形成可检测到的缺陷区域。
已知一种用于对钻石进行激光标记的方法和系统(RU 2357870 C1；WO 2006/092035；US 7284396 B1)，包括在钻石体积中雕刻标记形式的标识代码，该标识代码是通过暴露于受控的飞秒范围内(从数个飞秒到200皮秒)的激光脉冲序列而形成的，每个激光脉冲携带的能量超过在选定的激光波长下导致钻石晶体发生永久性结构变化(损坏)所需的阈值能量，并且缺陷引发的聚焦特性或材料主体中的杂质(氮、氢、硫、磷、镍、硼原子等)，其中记录激光束达到其最小横向尺寸或等效地达到其最大积分光通量密度。在这种情况下，辐射是由聚焦在表面下方的脉冲产生的，并导致在所述缺陷的随机分布的地方形成对光辐射不透明的生长的缺陷微结构。标记符号由非钻石形式的碳组成，并且由尺寸为几微米(2-5μm)的几个微观点标记形成，相邻点标记之间的距离约为50μm，其中，点标记的阵列面积为250×250μm，并且需要使用特殊的检测设备进行读出。但是，同时：
-产生的点标记大于钻石中的天然缺陷，从而降低了钻石的质量和商业价值；
-标记中点的相互排列只能确定其某些几何组合，例如，基于三个点的虚拟三角形的顶点，而不是三角形本身的图像；
-在对钻石进行刻面之后，当可以改变部分点标记相对于刻面的位置以及它们之间的位置时，基于在未加工的钻石中生成的点标记的相互空间排列对石头进行认证是不可靠的；
-由于钻石中自然缺陷的随机排列，因此不可能生成具有视觉和语义影响的微型图像。
已知一种在透明材料中获得图像的方法(SU 329899 A)，其中在透明钻石板中生成潜像，该透明钻石板切割自天然钻石八面体，且其尺寸为50×50mm，厚度为300μm。将厚度为50μm的金属掩模施加到这样的样品的表面上，其中使用光刻在掩模中蚀刻了所需的图像，然后用磷离子轰击样品。在这种情况下，除了会出现彩色表面图像之外，还会出现内部图像，然后对板进行随后的热退火，接着彩色图像消失。所形成的图像在高达1200℃的温度下具有热稳定性，不会被光、电场和磁场的作用破坏。但是，由于晶格硬度高，因此磷离子向钻石的渗透深度和内部图像放置的深度不能大，因此，可以通过抛光或蚀刻去除包含标记的薄表面层，并且钻石中磷杂质含量增加以及视觉上可分辨的图像的存在会影响其商业价值。
已知一种将制造标记或认证标记结合到单晶钻石中的方法，该单晶钻石是通过化学气相沉积从气相(蒸汽)沉积在钻石基板基座上而形成的，其中钻石生长的表面主要没有晶体缺陷(RU 2382122 C1)，其中在合成过程中，至少一种选自氮、硼和硅的化学元素的掺杂物以缺陷中心的形式掺入到一层合成钻石材料中，该缺陷中心在受到激发时发射具有特有波长的辐射。在这种情况下，可以将氮气以各种形式(通常为N2、NH3、空气和N2H4)引入合成等离子体中，并形成层状的生产标记或识别标记，其中在适当的光激发下，荧光的峰值可达575nm和/或637nm。当除去激发源时，该荧光基本上立即被猝灭。在包含掺杂氮的该层中，还可以观察到533nm的光致发光线。优选地，制造标记或识别标记为在合成期间引入钻石材料中的一层或多层形式或一个或多个区域形式：例如，制造标记或识别标记(例如，商标)的形状可为一组或多组特征层，这些特征层周期性地分布在钻石层、物品或人造宝石中。制造标记或识别标记的识别(检测)可以例如通过视觉或使用特殊的光学设备进行。通常，优选地，观察者用裸眼直接识别制造标记或识别标记，因为该方法允许获得空间信息，特别是双目或深度信息。
另外，众所周知，杂质的捕获根据该过程中涉及的生长区域而变化，例如，生长区域{111}通常捕获比生长区域{100}更高的杂质浓度。
然而，在这种标记合成生长钻石的方法中，已知的缺陷被引入钻石中，这并不能提高钻石的质量，并且由于在合成过程中这种缺陷在钻石中的放置是随机的，这样引入的一组缺陷不能组成包含指定元素的任何图像。
另外，该方法是一种生长具有给定标记的钻石的方法，并且不能用于标记使用其他技术生长的天然钻石或人造钻石。
已知具有在外部辐射下发荧光的活性中心的包含钻石纳米晶体的标记已用于物品保护方法：NV中心(RU 2357866 C1)或N-E8中心(RU 2386542 C1)，通过将钻石纳米晶体暴露于电子或离子束中，随后在高温下退火而获得，这导致形成随机位于纳米晶体整个体积中的NV中心或N-E8中心。然后，将包含所述旋光中心的纳米晶体引入制品中，并且通过激发光辐射时制品中纳米晶体的荧光效应的存在来判断制品的真实性。
众所周知，NV中心(RU 2357866 C1)的这种荧光辐射的检测可以在一设备中进行，该设备包含波长范围为500-550nm的光激发源，例如通过钇铝石榴石激光(532nm)的第二谐波辐射进行，其激活NV中心并产生其荧光，以及将调谐至波长范围为630-800nm的光探测器，该探测器分析获得的荧光的光谱和时间特性。
同时，通过以下几点得出制品中含有这种标记的结论：荧光的光谱特性与NV中心的荧光的已知光谱特性相一致，以及在有和没有共振微波场的情况下同时激发时的荧光信号的不同，这表面制品中存在具有NV中心的钻石。
但是，在制品中检测到的这种钻石纳米晶体只是含有所述纳米晶体的区域中的一种荧光斑点。
最接近的类似方法是一种用于在钻石内部生成可透光图像的方法及其检测装置(RU2465377)，该方法基于以下事实：在钻石内部，在没有光学不可渗透不均匀性的区域中会生成图像，该图像由一组给定的微米或亚微米大小的透光元素组成，这些元素是在激发辐射下发荧光的NV中心集群，通过以下操作形成NV中心集群：用聚焦在聚焦区中的工作光辐射处理钻石，该聚焦区位于NV中心集群的预期位置的区域中，并提供工作的超短辐射脉冲，在指定的聚焦区形成空位集群，同时在指定的聚焦区提供低于阈值通量的积分通量，在该阈值通量下钻石局部转化为石墨或其他非钻石形式的碳；至少对NV中心集群的预期位置的指定区域进行退火，这可以在这些区域中漂移形成的空位，并在与空位集群相同的区域中形成以集群进行分组的NV中心；通过激发提供NV中心的激发的光辐射来激图像元素的至少这些区域，从而基于NV中心的荧光配光来控制所生成的图像元素；形成所生成图像的数字和/或三维模型。肉眼无法通过放大镜，以及任何类型的光学或电子显微镜看到NV中心的集群中那些由钻石晶体生成的图像。
然而，由于退火工艺，该方法很耗时，并且还可能导致钻石质量的下降。另外，在钻石中杂质浓度高的情况下，可以观察到所谓的发光的浓度猝灭，这导致图像检测的质量较差。
发明内容
所要求保护的发明的技术问题是消除原型的缺点，即增加在钻石内部生成透光图像并随后对其进行检测的可靠性，同时简化了图像的生成过程，从而实现以下技术结果：增加在钻石内部生成透光图像及其检测的准确性。
所述技术结果是通过用于在钻石内部生成透光图像的方法实现的，其中在钻石表面下生成所述图像，该图像由一组给定的微米或亚微米尺寸的透光元素集构成，上述透光元素会干扰钻石晶体结构的周期性，其中在钻石中生成图像，该图像是由该组给定的微米或亚微米大小的透光元素集组成的标记，这些元素会干扰钻石晶体结构的周期性，在空位和间隙形成的杂质的化学元素参与到微米或亚微米大小的体积中，其中通过用聚焦在聚焦区处的光辐射处理钻石来形成钻石晶体结构的周期性扰动，聚焦区位于钻石晶体结构周期性扰动的预期分布区域中，提供超短辐射脉冲，在指定的聚焦区中的空位和间隙处形成该组给定的微米或亚微米大小的透光元素集，同时在指定的聚焦区提供低于阈值通量的积分通量，在该阈值通量下钻石局部转化为石墨或其他非钻石形式的碳，或者在晶体中形成开裂，裂口。
另一个特征是，在用所述光辐射处理钻石之前，将钻石表面上的杂质清除，并涂抹上浸没组合物，同时选择浸没组合物时应使其折射率接近波长范围与所用的激光的波长相接近的钻石的折射率。
另一个特征是，所述浸没组合物既可应用于处理过的钻石，也可应用于未经处理的钻石。
另一个特征是，标记系统用于在钻石内部生成透光图像，该系统包括激光，产生脉冲序列形式的工作辐射；一聚焦子系统，其被配置为产生钻石体积内的辐射束聚焦腰；一用于移动的子系统，其被配置为沿三空间坐标移动。
另一个特征是，将超短激光脉冲形式的辐射用作工作辐射，超短激光脉冲的持续时间为30fs至10ps，能量为1nJ至40μJ，波长为240nm至1800nm。
另一个特征是，所述系统包括光辐射源，该光辐射源提供波长为240nm至600nm的激发辐射作为激发辐射源。
另一个特征是，在大于100μm的深度处生成尺寸在0.5μm至20.0μm范围内的图像元素，其中超短激光脉冲形式的辐射用于进行处理操作，该超短激光脉冲聚焦在聚焦区内，其中聚焦区的尺寸分别在0.5μm至20.0μm的范围内。
所述技术结果还通过用于通过光的偏振的局部旋转来检测钻石内部的透光图像的方法来实现，该方法包括产生非偏振的背光辐射；将所述辐射转换成线性偏振的辐射，该线性偏振的辐射穿过钻石，并安装在用于移动的子系统上；进行背光辐射的偏振旋转；将由于钻石晶体结构的周期性中的扰动引起的晶格的局部应力而将来自钻石且具有非线性的偏振的所得辐射转换为线性偏振的辐射；根据先前生成的微米或亚微米尺寸的透光元素集在矩阵传感器上建立图像，这些元素会干扰钻石晶体结构的周期性，其中具有杂质的化学元素的参与，杂质的化学元素在空位和间隙形成，并位于微米或亚微米大小的体积内；解码在给定的钻石中微米或亚微米大小的给定透光元素集中编码的信息；根据所获得的信息形成图像。
所述技术结果还通过一种用于通过结合(拉曼)散射畸变或通过天然杂质的发光光谱的局部畸变来检测钻石内部的透光图像的方法来实现，该方法包括产生激发辐射；将所述辐射聚焦在安装在子系统上的钻石内部以移动到焦腰中，该焦腰的横向尺寸约为先前生成的图像的横向尺寸；准直钻石中微米或亚微米大小的透光元素发射的部分散射辐射，这些透光元素会干扰钻石晶体结构的周期性，其中具有杂质的化学元素参与，杂质的化学元素在空位和间隙处形成，并位于微米或亚微米大小的体积内；调谐波长选择装置，使钻石的未扰动部分散射的辐射不会穿过该装置，或调谐到给定钻石中存在的天然(天然存在)杂质的波长；配准获得的辐射；移动安装在子系统上的钻石，以便在垂直于光轴的平面中扫描时移动；映射扫描后获得的图像；解码在钻石中微米或亚微米大小的给定透光元素集中编码的信息；根据所获得的信息形成图像。
所述技术结果还通过一种用于检测钻石内部的透光图像的系统来实现，该系统包括辐射源、成像子系统、解码子系统、用于移动钻石的子系统，其中检测系统在先前生成的图像暴露于偏振光下时通过局部旋转光的偏振在钻石内部检测到透光图像，其中先前生成的图像由给定的微米或亚微米大小的透光元素集组成，该透光元素会干扰钻石晶体结构的周期性，其中具有杂质的化学元素参与，杂质的化学元素在空位和间隙处形成，并位于微米或亚微米大小的体积内，其中辐射源配置为生成非偏振辐射，并且该系统还包括：第一偏振器，用于将自辐射源接收的辐射转化为线性偏振辐射；一物镜；一第二偏振器，用于将自钻石晶体结构的周期性中的扰动获得的辐射转化为线性偏振辐射，其中具有杂质的化学元素参与，杂质的化学元素在空位和间隙处形成，并位于微米或亚微米大小的体积内，且具有偏振而非线性的组件，并且所述第二偏转器还被配置为围绕系统的光轴旋转；一个用于移动钻石的子系统，该子系统实现了沿三空间坐标的移动以及围绕三个空间轴的旋转。
另一个特征是，带有聚光灯的灯可以用作背光辐射源。
另一个特征是，根据所述第二偏振器的旋转角度，缺陷集群的区域在传感器上显示为较暗或较亮的区域。
在用于检测钻石内部的透光图像的系统中也实现了所述技术结果，该系统包括一辐射源，用于产生辐射束的子系统，用于移动钻石的子系统，解码子系统，其中由于在空位和间隙处形成的钻石晶体结构的周期性中的扰动引起的晶格的局部应力通过结合(拉曼)散射畸变或通过天然杂质的发光光谱的局部畸变来检测钻石内部的透光图像，其中杂质的化学元素参与了微米或亚微米大小的体积，并且所述系统还包括：半透明的反射镜或偏振器；用于移动钻石的子系统，其配置为沿着三个空间坐标移动，并且还绕三个空间轴旋转；用于调谐到该波长的波长选择装置；一光电探测器；一个控制子系统，控制钻石的移动，并在垂直于光轴的平面中进行扫描以构建标记的图像。
另一个特征是，所述反射装置是半透明的反射镜或偏振器。
另一个特征是，所述波长选择装置是单色仪。
另一个特征是，提供激发波长为240nm至600nm的激发辐射的光学辐射源作为激发辐射的源。
另一个特征是，所述系统包括功率为0.1W至10W的激光器作为激发辐射源。
附图说明
通过附图说明本发明：
图1是一个标记系统，用于实现在钻石内部产生透光图像的方法。
图2是缺陷集群；
图3是用于实现通过光的偏振的局部旋转进行检测的方法的检测系统；
图4是用于通过组合(拉曼)光谱的局部畸变和通过缺陷(存在于给定晶体中的某些天然杂质)的荧光光谱的畸变来实施该方法(用于检测)的检测系统。
具体实施方式
天然钻石和人造钻石的天然，未刻面的表面均不具有光学质量，即存在凸起、粗糙和浮雕。这不允许激光辐射通过它聚焦在钻石体内。这样就不可能获得用于打标的高质量的焦斑。另外，由于表面随机地折射光线，即图像模糊，因此不可能通过钻石的粗糙浮雕表面“看到”位于钻石体积内部的结构。刻面钻石(闪光体)也有类似的效果，在该刻面中，辐射在其许多刻面上都会折射。在这种情况下，将浸没组合物施加到选择的钻石表面上，使得该组合物的折射率接近标记系统中所用的激光的折射率或钻石本身所用的激光的折射率，其波长范围接近检测系统中所用的辐射源的波长，以及接近所述标记发射或散射的波长。因此，在产生透光图像的过程中，折射率的相等产生以下事实，即穿过钻石的浮雕表面的光线不会发生折射，因此会很好地聚焦在钻石的体积中，并且在检测过程中，光线不再在钻石的浮雕表面上经历随机折射(或折射很小)，因此可以获取先前记录在其体积中的标记的图像(以及天然缺陷、杂质，裂缝等的图像)。在这种情况下，也可以通过浸没组合物来输入激发辐射。
因此，根据本发明的所要求保护的用于生成和检测透光图像的方法可以应用于在切面和未切割的天然和人造钻石中生成图像。使用根据本发明的方法获得的图像可以被制成平坦的或三维的，包含各种平坦的或三维的元素，例如，以线、形状、字母、数字，由微米或亚微米大小的透光元素组成的符号的形式，这些透光元素位于某个给定区域的钻石中，它们是杂质的化学元素参与的钻石晶体结构的周期性中的扰动，该扰动在空位和间隙处以微米或亚微米大小的尺寸进行，当杂质的化学元素暴露于某些波长的辐射时会发出荧光，或者由于晶格的局部应力而导致给定晶体中存在的任何天然杂质的组合(拉曼)光谱或发光光谱局部失真。
用于在钻石内部生成和检测透光图像的方法如下。
将浸没组合物施加到钻石表面上，选择这样一种浸没组合物使得组合物的折射率在所用激光的波长处接近钻石的折射率，并通过该组合物进行标记。
标记系统的激光器1(图1)产生工作辐射2，工作辐射2的形式为一系列脉冲，持续时间为30fs到10ps，能量为1nJ到40μJ，波长为240到1800nm。
这远低于钻石转化为石墨或另一种非钻石形式的碳的积分通量。所述辐射由聚焦系统3(透镜，物镜)聚焦，并在钻石5的体积内部的焦平面中形成光束4的焦腰，在该焦平面中预先在表面上制造了抛光的光学透明的尖底面。钻石5安装在用于移动和固定的子系统6上，该子系统被配置为沿着三空间坐标以及另外两个角坐标移动钻石。激光辐射2(图2)的影响导致在钻石晶体结构的周期性中形成扰动，这些扰动包括杂质的化学元素的参与，在焦点区域4(即，强度最大的位置)中的微米或亚微米大小7的体积。其中在钻石晶体结构的周期性中进行的干扰的体积代表图像的基本像素(即，标记)，所述干扰包括杂质的化学元素的参与。为了在钻石晶体结构的周期性中获得产生的扰动的所需的发光强度，其中在空位和间隙处以微米或亚微米大小的体积，进行了杂质的化学元素的参与，通过增加脉冲的数量对每个指定体积的位置区域中的工作超短激光脉冲的总积分通量进行校正，对每个生成的图像中的原子缺陷浓度进行校正，其中钻石晶体结构的周期性中具有干扰。在这种情况下，不会对钻石产生宏观破坏，但是会形成电子空穴等离子体，该电子空穴等离子体变热，从而形成钻石中的原子间键的部分破坏，结果，钻石晶体结构的周期性中出现干扰，这些干扰包括杂质的化学元素的参与。根据用户输入的晶体的体积中记录的图像的数字模型，在钻石内部给定点形成钻石晶体结构的周期性扰动之后，这些扰动包括杂质化学元素的参与，用于移动和固定钻石的子系统会在空间中移动钻石。因此，将焦平面移至钻石晶体内部的新位置，然后重复上述操作。
通过以下几种方式检测生成的图像，即，通过光偏振的局部旋转，或通过先前在晶体中生成的图像的组合(拉曼)散射光谱的局部畸变，或通过所述晶体中存在的某些天然杂质的荧光光谱的局部畸变，或者通过晶格的原子张力的发光，这种发光是由在空位和间隙处形成的钻石晶体结构的周期性扰动的存在所引起的，这种扰动包括微米或亚微米大小的体积中的杂质的化学元素的参与。
检测系统(图3、4)允许读取先前记录在钻石中的信息。
用于实现通过光的偏振的局部旋转进行检测的方法的检测系统(图3)包括背光辐射源8，例如，具有聚光器的灯，该聚光器发射非偏振辐射束9。之后，通过偏振器10，背光辐射11变得偏振(获得线性偏振)。可以使用线偏振辐射源(例如激光器)而非背光辐射源和偏振器。辐射11穿过钻石5(示意性地示出了射线的进程)。钻石5安装在用于移动的系统6上，该系统沿着三坐标系(可选地，另外一个，两个或三个轴)移动钻石。
在标记12的集群的区域中，由于钻石晶格结构的周期性中存在扰动(包括杂质的化学元素的参与)而引起的晶格局部应力导致背光辐射的偏振面旋转，由此，从晶体射出的辐射13具有线性以外的偏振分量。辐射13穿过物镜14和偏振器(分析仪)15，偏振器15再次将辐射转换为线性偏振的辐射16。偏振器(分析仪)15被配置为绕系统的光轴旋转。图像形成系统17(物镜)在照相机18的传感器(矩阵)上建立荧光标记的图像。根据偏振器(分析仪)15的旋转角度，标记集群的区域在矩阵上显示为较暗或较亮的区域。如果需要，调谐偏振器(分析仪)15的旋转角度以获得最大的对比度图像。
来自照相机18的图像19由解码系统20解码，解码系统20的输出接收在标记中编码的信息。
如果背光辐射束的横截面尺寸小于标记的尺寸，则通过使用用于移动的子系统6在垂直于背光辐射束的传播方向的平面中移动钻石来进行扫描，将图像缝合在一起。
用于实现通过组合(拉曼)光谱的局部畸变，给定晶体中存在的某些天然杂质的荧光光谱的局部畸变进行检测的方法的检测系统(图4)包括激光器21，该激光器21产生激发辐射22(波长范围为240nm至600nm,功率范围为0.01W至1W)，所述激发辐射反射自半透明的反光镜23(或偏振器，例如，格兰棱镜等)，并且通过安装在钻石5内的用于移动的子系统6内的聚焦系统24进行聚焦，该子系统6沿着三坐标(可选地另外地一个，两个或三个轴上的三个坐标)在空间中移动钻石至焦腰25。在这种情况下，焦腰的横向尺寸约为标记集群的横向尺寸。在聚焦区中，激发辐射经历组合(拉曼)散射，从而发射散射辐射26。
散射的辐射部分被聚焦子系统24准直，穿过半透明反射镜23，然后穿过对波长具有选择性的设备(例如，单色仪)27。如此选择设备27(调谐)的波长，使得由不受干扰的晶体(即，其中钻石晶体结构的周期性没有干扰的体积元素)散射的辐射穿过它。
在设备27之后，通过光电检测器28，例如，包括模数转换器的PMT，(具有非常高的灵敏度，动态范围)来检测辐射。来自光电检测器28的电信号被提供给控制子系统29。控制子系统29在扫描晶体体积的区域的同时，控制安装在用于移动和固定的子系统6上的晶体的移动。如果散射来自晶体的“干净”体积，则光电检测器28检测已通过装置27的辐射。如果散射来自缺陷集群，则散射的辐射的波长由于晶体中的局部应力而发生偏移，这种局部应力是由钻石晶体结构的周期性扰动所引起的，扰动包括杂质的化学元素的参与，其形成于空位和间隙处并具有微米或亚微米大小的体积。在这种情况下，设备27不传输辐射。因此，在扫描期间，控制系统建立(映射)标记30的图像，该图像由解码系统31解码，在该解码系统的输出处获得在标记中编码的信息。
替代地(通过使给定晶体中存在的某些天然杂质的荧光光谱失真)，将设备27调谐到给定晶体中存在的某些天然(天然存在的)杂质的荧光波长。在标记集群中，该波长也会由于钻石晶体结构周期性扰动引起的局部应力而发生偏移，其中扰动包括杂质的化学元素参与，其在空位和间隙形成，并位于微米或亚微米大小的体积中，并且根据相同的原理进行标记的映射。
肉眼无法通过放大镜和任何光学和电子显微镜看到通过上述方法利用给定组的微米或亚微米大小的透光元素在钻石晶体生成的图像，这是因为钻石晶体结构的周期性扰动的浓度，在杂质的化学元素参与的情况下，在微米或亚微米大小的体积，即，空位、间隙及其衍生物中，在标记中是相对小的，且标记本身的大小也是小的。在这种情况下，由微米或亚微米大小的透光元素集产生的图像位于晶体的深处，因此不能通过抛光去除。目前没有已知的方法可以完全消除钻石晶体结构周期性中的干扰，以及完全消除它们在钻石晶体中的可能的衍生物，而不会破坏或损坏晶体本身，其中所述的干扰具有杂质的化学元素的参与，在空位和间隙处形成，具有微米或亚微米大小的体积。因此，由钻石晶体结构的周期性干扰组成的图像是钻石的可靠的签名以及是信息的可靠记录，其中干扰具有杂质的化学元素的参与，在空位和间隙处形成，具有微米或亚微米大小的体积。
用于在钻石内部生成透光图像的方法可用于生成钻石的永久标记，包括秘密钻石的永久标记，以便对其进行后续识别和跟踪，而不会改变其外观并且不会降低其商业价值，还可以用于记录和存储钻石晶体内的信息。该方法可以在根据本发明的用于生成透光图像的设备中实施，该设备使用已知的结构元件和设备制成。可以使用根据本发明的检测系统来检测生成的图像。

Claims (15)

1.一种用于在钻石内生成透光图像的方法，其中在钻石表面下生成所述图像，该图像由一给定组的微米或亚微米尺寸的透光元素构成，上述透光元素会干扰钻石晶体结构的周期性，其中在所述钻石中生成的图像是由该给定组的微米或亚微米尺寸的透光元素组成的标记，这些元素会干扰钻石晶体结构的周期性，其中具有杂质的化学元素参与，其中杂质的化学元素在空位和间隙形成，并位于微米或亚微米大小的体积中，其中通过用聚焦在聚焦区处的光辐射处理钻石来实施干扰钻石晶体结构的周期性，聚焦区位于钻石晶体结构周期性干扰的预期位置的区域中，提供超短辐射脉冲，超短辐射脉冲在指定的聚焦区中的空位和间隙处形成该给定组的微米或亚微米大小的透光元素，同时在指定的聚焦区提供低于阈值通量的积分通量，在该阈值通量下钻石局部转化为石墨或其他非钻石形式的碳，或者在所述晶体中形成开裂、裂口；
在用所述光辐射处理所述钻石之前，将所述钻石表面上的污染物清除，并涂抹上浸没组合物，所述组合物被选择为，在使用的波长范围与所用的激光的波长相接近时，使所述组合物的折射率接近钻石的折射率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸没组合物施加到处理过的钻石和未处理过的钻石。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，标记系统用于在钻石内生成所述透光图像，所述系统包括激光器，所述激光器产生脉冲序列形式的工作辐射；一聚焦子系统，其被配置为产生所述钻石体积内的辐射束聚焦腰；一用于移动的子系统，其被配置为沿三空间坐标移动。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所使用的所述工作辐射为超短激光脉冲形式的辐射，所述超短激光脉冲的持续时间为30 fs至10 ps，能量为1 nJ至40μJ，波长为240nm至1800 nm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，光辐射源作为激发辐射源，所述光辐射提供波长为240 nm至600 nm的激发辐射。
6.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在大于100μm的深度处生成尺寸在0.5μm至20.0μm范围内的图像元素，其中超短激光脉冲形式的辐射用于进行处理操作，所述超短激光脉冲聚焦在所述聚焦区内，其中所述聚焦区的尺寸在0.5 μm至 20.0μm的范围内。
7.一种用于通过光的偏振的局部旋转来检测钻石内的透光图像的方法，该方法包括：
-产生非偏振的背光辐射；
-将所述辐射转换成线性偏振的辐射，该线性偏振的辐射穿过所述钻石，并安装在用于移动的子系统上；
-进行背光辐射的偏振旋转；
-将由于钻石晶体结构的周期性中的干扰引起的晶格的局部应力而将来自钻石且具有非线性的偏振的所得辐射转换为线性偏振的辐射；
-根据先前生成的一组微米或亚微米尺寸的透光元素在矩阵传感器上建立图像，这些元素会干扰钻石晶体结构的周期性，其中具有杂质的化学元素参与，杂质的化学元素在空位和间隙处形成，并位于微米或亚微米大小的体积内；
-解码在钻石中微米或亚微米大小的给定组透光元素中编码的信息；
-根据所获得的信息形成图像；
所述透光图像采用权利要求1所述的方法生成。
8.一种通过组合拉曼散射畸变或天然杂质发光光谱的局部畸变来检测钻石内部透光图像的方法，包括：
-产生激发辐射；
-将所述辐射聚焦在安装在子系统上的钻石内以移动到焦腰中，所述焦腰的横向尺寸约为先前生成的图像的横向尺寸；
-准直钻石中微米或亚微米大小的透光元素发射的部分散射辐射，这些透光元素会干扰钻石晶体结构的周期性，其中具有杂质的化学元素参与，杂质的化学元素在空位和间隙处形成，并位于微米或亚微米大小的体积内；
-调谐波长选择装置，使得钻石的未扰动部分散射的辐射不会穿过该装置，或调谐到给定钻石中存在的天然杂质的波长；
-配准获得的辐射；
-移动安装在子系统上的钻石，以便在垂直于光轴的平面中扫描时移动；
-映射扫描后获得的图像；
-解码在钻石中微米或亚微米大小的给定组的透光元素中编码的信息；
-根据所获得的信息形成图像；
所述透光图像采用权利要求1所述的方法生成。
9.一种用于检测钻石内部的透光图像的系统，所述系统包括辐射源、成像子系统、解码子系统、用于移动钻石的子系统，所述系统在先前生成的图像暴露于偏振光下时，通过局部旋转光的偏振在钻石内检测到透光图像，其中先前生成的图像由给定组的微米或亚微米大小的透光元素组成，该透光元素会干扰钻石晶体结构的周期性，其中具有杂质的化学元素参与，杂质的化学元素在空位和间隙处形成，并位于微米或亚微米大小的体积内，其中辐射源配置为生成非偏振辐射，并且所述系统还包括：
-第一偏振器，用于将自所述辐射源接收的辐射转化为线性偏振辐射；
-一物镜；
-一第二偏振器，用于将自钻石晶体结构的周期性中的干扰获得的辐射转化为线性偏振辐射，其中周期性中的干扰具有杂质的化学元素参与，其中杂质的化学元素在空位和间隙处形成，并位于钻石中的微米或亚微米大小的体积内，且具有偏振而非线性的组件，并且所述第二偏振器还被配置为围绕系统的光轴旋转；
一个用于移动钻石的子系统，该子系统实现了沿三空间坐标的移动以及围绕三个空间轴的旋转；
所述透光图像采用权利要求1所述的方法生成。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，带有聚光器的灯可以用作背光辐射源。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，根据所述第二偏振器的旋转角度，缺陷集群的区域在传感器上显示为较暗或较亮的区域。
12.一种用于检测钻石内部的透光图像的系统，该系统包括一辐射源，用于产生辐射束的子系统，用于移动钻石的子系统，解码子系统，其中由于在空位和间隙处形成的钻石晶体结构的周期性中的干扰引起的晶格的局部应力通过结合拉曼散射畸变或通过天然杂质的发光光谱的局部畸变来检测钻石内的透光图像，其中杂质的化学元素参与了周期性中的干扰，并位于微米或亚微米大小的体积内，并且所述系统还包括：
-透明的反射镜或偏振器；
-一用于移动钻石的子系统，其配置为沿着三空间坐标移动，并且还绕三个空间轴旋转；
-用于调谐到该波长的波长选择装置；
-一光探测器；
-一个控制子系统，控制所述钻石的移动，并在垂直于光轴的平面中进行扫描以构建标记的图像；
所述透光图像采用权利要求1所述的方法生成。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述波长选择装置是单色仪。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统包括光学辐射源，其提供波长为240 nm至600 nm的激发辐射作为激发辐射源。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统包括功率为0.1W至10 W的激光器作为激发辐射的源。
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