CN114364970A - 用于钻石认证的系统和工艺 - Google Patents
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Abstract
一种用于确定钻石的类型的工艺，其中，钻石类型由以下步骤确定：(i)测量未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性(110a)；以及(ii)通过将在步骤(i)中所测量到的荧光寿命特性与已知钻石类型的颜色中心的荧光寿命特性进行比较来确定钻石类型(120a)，其中，颜色中心的荧光寿命特性指示钻石的物理属性，该物理属性指示钻石的类型。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定钻石的属性的工艺和系统。特别地，本发明提供了一种用于认证和确定钻石的类型的工艺和系统。
背景技术
众所周知，钻石通常被认为是奢侈品，并且通常用于奢侈货品，诸如珠宝首饰，并且通常被认为有非常高的价值。因此，随着关于合成钻石以及其制造的新技术的兴起，钻石认证变得越来越重要。
天然钻石通常被认为是稀有物品，并且据报道，天然钻石形成于几百万到3.5亿年前，并且与地球一起形成，并且据报道，天然钻石形成于地球的表面之下150到250公里的深处。
众所周知，钻石的净度、切割、克拉和颜色都会影响钻石的价值。价值较高的钻石通常是颜色很少或没有可辨别的颜色(通常是淡黄色)并且净度较高(即钻石的主体中可见的缺陷或夹杂物较少)的钻石。
近年来，合成或非天然钻石已经被生产出来，它们是在实验室中形成或生长的，而且是人造的，是在受控的实验室环境中制造出来的，据称该实验室环境反映钻石在自然界中形成所需的条件。制造人造钻石有两种工艺，即化学气相沉积(CVD钻石)和高压高处理(HPHT钻石)。
CVD(化学气相沉积)钻石是实验室制造的钻石，它是通过化学气相沉积的工艺制造的。这种方法通常用于大石头。
HPHT(高压高温度)钻石是实验室制造的钻石，与被称为高压高处理的工艺一起使用。HPHT主要用于小钻石粒，而不是通常用于较大的石头。
实验室制造的钻石被认为是真正的钻石，并且由矿物组成，该矿物由在等距系统中结晶的纯碳组成，并且差别对肉眼来说是难以分辨的，而且在放大后几乎是不可能的。
这种合成形成的钻石被认为是“真正的”，并且评级机构可以对天然钻石发布一份报告并且对实验室制造的钻石发布单独的报告。两份报告都对切割、精度、颜色和克拉提供了完整的4C评估。所有的钻石都经过同样严格的评级工艺。
非天然(即实验室制造的)钻石通常经济价值较低，并且可以被认为是非真品或至少是非传统的。
作为天然钻石价值的一部分，年龄(数百万年或十亿年)以及每颗钻石之间的稀缺性和独特性推动了这类钻石的价值。进一步地，钻石的历史也可能有助于其价值，并且至少当钻石被赠与或在家庭中代代相传时，有助于情感价值。
毫不奇怪，高质量的合成形成的钻石(诸如CVP钻石和HPHT钻石)的出现，已经对钻石行业产生了重大影响。
曾经有合成钻石代替天然钻石的实例，这是欺诈活动的部分，而且真正的所有者并不知道这种欺骗。
有许多高质量的合成钻石被冒充成真正的钻石卖给客户，或在购买和收藏之间有20份完整文件的真正钻石被合成钻石代替的实例。
传统上，光学方法，诸如傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱学，已被用来寻求有效地区分天然钻石和合成钻石。
然而，由于近年来CVD和HPHT技术在合成钻石方面的巨大进步，使得识别不同类型的钻石变得越来越困难。
此外，一些低等级的天然钻石甚至可以用HPHT处理成高等级钻石，从而改变钻石的价值，而30代表钻石自然存在于该等级。
因此，确定钻石的类型(即天然和未改性钻石)的钻石认证，相对于合成或改性天然钻石，已经变得越来越困难，并且现有的确定钻石类型的工艺越来越不可靠和不确定，在不久的将来将不可避免地过时。因此，需要新的方法来识别天然、合成和处理过的钻石。
发明目的
本发明的目的是提供一种用于对钻石和钻石的类型进行认证的工艺和系统，这克服或至少部分地改善了与现有技术相关联的至少一些缺陷。
发明内容
在第一方面中，本发明提供了一种用于确定钻石的类型的工艺，其中，钻石的类型由以下步骤确定：
(i)测量未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性，以及
(ii)通过将在步骤(i)中所测量到的荧光寿命特性与已知钻石类型的颜色中心的荧光寿命特性进行比较，确定钻石的类型；
其中，颜色中心的荧光寿命特性指示钻石的物理属性，该物理属性指示钻石的类型。
物理属性可以包括夹杂物、缺陷、结晶度不一致、晶格变形、内部应力、杂质和均匀性。
钻石的类型可以是天然钻石、化学气相沉积(CVD)合成钻石、高压高温度(HPHT)合成钻石和经处理的天然钻石。
工艺可以提供区分天然钻石和合成25钻石。合成钻石可以是CVD(化学气相沉积)钻石。
颜色中心可以是NV中心、SiV中心或NVN中心。
在第二方面中，本发明提供了一种用于通过30测量颜色中心的荧光寿命识别钻石是天然钻石还是CVD(化学气相沉积)钻石的工艺，其中，钻石的物理属性的钻石的颜色中心的荧光寿命。
物理属性指示钻石的类型。
钻石的颜色中心的荧光寿命的测量可能会受到共聚焦激光扫描荧光显微镜的影响，该共聚焦激光扫描荧光显微镜设置有时间相关的单光子计数器模块。
共聚焦激光扫描荧光显微镜可以包括脉冲激光激发模块、钻石样品台、物镜、聚焦稳定器、激光扫描模块、时间相关的单光子计数器模块和发射过滤器。
共聚焦激光扫描显微镜可以在激光扫描模式下操作。
脉冲激光激发模块可以由波长为例如510nm、514nm或532nm的皮秒脉冲绿色激光器构成。
脉冲激光激发模块可以进一步设置有用于控制激光功率的线性偏光器和半波片以及用于激光遮板的声光调制器。
钻石样品台可以由XYZ 3-轴电动机械台和用于实现样品扫描的XYZ 3-轴压电台构成。
物镜可以是油浸式，用于将激光照射到钻石上并且从钻石收集所产生的荧光。
物镜可以具有等于或大于1.3的数值孔径。
聚焦稳定器优选地用于精确控制钻石样品与物镜之间的距离。
激光扫描模块优选地由电镜设置组成。
时间相关的单光子计数器模块用于计算钻石被单激发聚焦稳定器激发后荧光光子的到达时间，该单激发聚焦稳定器用于精确控制样品与物镜之间的距离。
颜色中心可以是NV中心、SiV中心或NVN中心。
基于在步骤(i)中所测量到的钻石的荧光寿命特性与已知钻石类型的荧光寿命特性之间的相关性的预定阈值相一致，可以确定钻石的类型。
在第二方面中，本发明提供了一种能使用计算机化系统来操作的工艺，用于确定钻石的类型，其中，未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性与每种已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性相关，计算机化系统包括荧光寿命数据获取系统、处理器模块和输出模块，它们能操作地相互连接在一起，所述工艺包括以下步骤：
(i)经由荧光寿命数据获取系统获取数据，该数据指示未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性；
(ii)在处理器模块中，将指示未知类型的钻石的图像的颜色中心的荧光寿命特性的所述数据与多个数据集进行比较，数据集中的每个与每种已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性对应，其中，已知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性的数据集分别从荧光寿命获取系统中得到；以及
(iii)从输出模块，响应于从步骤(i)中得出的数据与来自步骤(ii)的多个数据集中的一个数据集之间的相关性的预定阈值，提供输出信号，该输出信号指示钻石的类型，并且其中，钻石的颜色中心的荧光寿命特性指示钻石的物理属性，该物理属性指示钻石的类型。
在第三方面中，本发明提供了一种能使用计算机化系统来操作的工艺，用于使用用于确定钻石类型的预先训练的神经网络来确定钻石的类型，计算机化系统包括荧光寿命数据获取系统、预先训练的神经网络和输出模块，它们经由通信链路能操作地相互连接在一起，所述工艺包括以下步骤：
(i)通过荧光寿命数据获取系统获取数据，该数据指示未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性；
(ii)在预先训练的神经网络中，从在步骤(i)中获取到的指示未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性的数据确定所述未知类型的钻石的钻石的类型；
其中，预先训练的神经网络已经利用多个数据集进行了预先训练，数据集中的每个与每种已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性对应；以及
(iii)从输出模块，提供所述钻石的类型。
在第四方面中，本发明提供了一种用于确定钻石的类型的计算机化系统，其中，未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性与每种已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性相关，计算机化系统包括：
荧光寿命数据获取系统，该荧光寿命数据获取系统用于获取数据，该数据指示未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性；
处理器模块，该处理器模块用于将指示未知类型的钻石的图像的颜色中心的荧光寿命特性的所述数据与多个数据集进行比较，数据集中的每个都与每种已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性对应；以及
输出模块，该输出模块用于基于在指示未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性的所述数据与和每种已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性对应的多个数据集中的一个数据集之间的相关性的预定阈值，提供指示所述未知类型的钻石的类型的输出信号。
附图说明
为了可以30获得对上述发明的更精确的理解，将参照附图中所示的具体实施例对上面简要描述的发明进行更具体地描述。本文中所呈现的图可能不按比例绘制，并且图或以下描述中对尺寸的任何引用都是针对所公开的实施例的。
图1a示出了本发明的工艺的示例的示意表示；
图1b示出了本发明的系统的示例的示意表示；
图1c是本发明中所示意的钻石晶格中氮空位的模型的图解表示；
图2示出了在514nm下被激发的钻石中单个NV中心的荧光光谱的图形表示；
图3是荧光和荧光光循环的图解表示；
图4示出了块钻石的NV中心的激发的图解表示；
图5示出了本发明的实验程序中所使用的蔡司LSM880和PicoQuant TCSPC的同步的示意表示；
图6是根据本发明所使用的钻石中颜色中心的荧光寿命测量的确定的示意图示；
图7示出了CVD钻石的荧光寿命图像的放大摄影表示；
图8示出了来自根据本发明所使用的钻石中的颜色中心的荧光的衰减曲线；以及
图9示出了描述本发明的实施例的总体工艺的流程图。
具体实施方式
本发明人已经识别出现有技术的缺点，已经提供了一种克服现有技术的问题的系统和工艺。
为了本发明的目的，钻石的“类型”一词被定义为并且被理解为天然钻石、化学气相沉积(CVD)合成钻石、高压高温度(HPHT)合成钻石和经处理的天然钻石，它们都是不同类型的钻石。
1.发明背景
为了识别钻石是否是天然钻石(诸如CVD钻石或HPHT钻石)，还是可能已经经处理以具有更改的属性的天然钻石，可以利用材料内部的物理特性来进行钻石类型的这种确定。
钻石包含杂质，并且通过根据本发明理解杂质的物理属性，可以形成钻石形成的方式，并且这种现象以及其确定和使用已经由本发明提供，以便确定钻石的类型。
因此，本发明提供了一种确定钻石的类型的工艺和系统。
可以确定钻石的类型，诸如天然钻石、化学气相沉积(CVD)合成钻石、高压高温度(HPHT)合成钻石和经处理的天然钻石。
具体地，本发明可用于确定钻石是否是天然存在的钻石，或钻石是否是合成钻石或经处理的钻石。
钻石的类型由以下项确定：
(i)测量未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性；以及
(ii)通过将在步骤(i)中所测量到的荧光寿命特性与已知钻石类型的颜色中心的荧光寿命特性进行比较，确定钻石的类型；
颜色中心的荧光寿命特性指示钻石的物理属性，该物理属性指示钻石的类型。
因此，可以基于在在步骤(i)中所测量到的钻石的荧光寿命特性与已知钻石类型的荧光寿命特性之间的相关性的预定阈值相一致，来确定钻石的类型。
这种阈值可以通过数学分析或通过处理器或自动计算机能操作工艺来确定。
可替代地，利用预先训练的神经网络，可以使用预先训练的人工智能系统。在这种情况下，预先训练的神经网络使用多个数据集进行训练，数据集中的每个与每种已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性对应；并且当接收到指示未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性的数据时，经由输出模块，提供所述钻石的类型。
参照图1a，有根据本发明的工艺100a的流程图。如将理解的，工艺可以在计算机化系统中实施，并且进一步地在实施例中，工艺可以利用预先训练的神经网络。
在工艺100a中，适用于确定钻石的类型的以下步骤由以下项确定：
步骤1(110a)——测量未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性；
步骤2(120a)——将在步骤(i)中所测量到的荧光寿命特性与已知钻石类型的颜色中心的荧光寿命特性进行比较；以及
步骤3(130a)基于和已知钻石类型的颜色中心的荧光寿命特性相一致的相关性阈值，确定未知钻石类型的钻石的类型。
参照图1b，示出了根据本发明的计算机化系统100b的示例。
系统100b用于确定钻石的类型，其中，未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性与每种已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性相关。
系统100b包括荧光寿命数据获取系统110b，该荧光寿命数据获取系统110b用于获取数据，该数据指示未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性。
系统100b进一步包括处理器模块120b，该处理器模块120b与荧光寿命获取系统110b通信112b并且用于将指示未知类型的钻石的图像的颜色中心的荧光寿命特性的所述数据与多个数据集进行比较，数据集中的每个与每种已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性对应。
系统100b进一步包括输出模块140b，该输出模块140b与处理器模块120b通信124b并且用于基于在指示未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性的所述数据与和每种已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性对应的多个数据集中的一个数据集之间的相关性的预定阈值，提供指示所述未知类型的钻石的类型的输出信号。
2.钻石的氮空位(NV)中心
钻石颜色中心在量子技术方面受到了广泛的关注，特别是氮空位(NV)中心。
钻石NV中心是钻石晶格中的点缺陷。如图1中所示，钻石的NV中心由被氮原子110取代的四面体结构中的碳原子组成，并且相邻的晶格格位空着，被称为空位120。
钻石NV中心在合适的波长(例如450nm到650nm)的光激发下发射荧光。
参照图2，示出了钻石中单个NV中心的荧光光谱的图形表示，其中，钻石的NV中心被波长为514nm的激光激发。
荧光光谱将发射的荧光(任意单位)与其波长相关。从图2中可以看出，在波长约为575nm和635nm的图中，存在两个峰210和220。峰210指示从NV0中心发射的荧光；而峰220指示从NV-中心发射的荧光。
3.本发明中所使用的荧光寿命和光循环
荧光寿命时间是荧光团在通过发射光子回到基态之前处于激发态的时间的度量。
参照图3，示出了荧光和荧光光循环。
荧光光循环是荧光材料在被能量源激发后一段时间内发出可见光的工艺。如图3中所示，光循环通过将光源310应用于荧光粒子开始。这允许荧光粒子330吸收与其吸收光谱匹配的光，从而从其基态被激发到其电子激发态。
被激发的荧光粒子，也称为荧光团340，将在一定时间350内保持其电子激发态。在这个周期350之后，被激发的荧光粒子340通过释放被吸收光的能量360，通常以声子和光子的形式衰减回到电子基态。
在被激发的荧光粒子340衰减回到基态之后的某段时间350被称为荧光寿命。衰减期间所发射的光子是光学可见的，并且它们一起形成所发射的荧光。
为了测量物品所发射的荧光，特别是由具有NV缺陷的块钻石所发射的荧光，利用图4中所示的实验设置。
图4图示了针对块钻石材料的NV中心的激发的激发和荧光发射工艺。
在激发工艺中，激发激光420被应用于系统，从过滤器450反射，通过物镜430到达块钻石410。激光420充当对块钻石410内的NV中心415的能量激发。
过滤器450只允许荧光信号的传输，因此除荧光外的任何入射光都将从过滤器450反射出去。
在激光420的激发下，NV中心415在从激发态衰减回到基态时发出荧光。然后，所发射的荧光由同一物镜430收集。
过滤器450允许荧光信号的传输，因此，由NV中心415发射的任何荧光都可以到达光学传感器470，并且由光学传感器470测量，在该实施例中，该光学传感器470是CCD传感器。
光学传感器470检测所采集的荧光信号的强度以及该信号的波长，从而提供类似于图2中所示的图形荧光光谱。
4.本发明
对于天然钻石，由于其形成工艺是数百万年的规模，它通常具有相对较低的内部应变和应力。
相比之下，对于CVD(化学气相沉积)钻石，这种钻石通常比天然钻石有更大的内部应变和应力。
此外，由于合成钻石的形成时间比天然钻石短，合成钻石通常比天然钻石表现出更均匀的物理属性。
进一步地，不同类型的钻石具有物理属性，包括夹杂物、缺陷、结晶度不一致、晶格变形、杂质和均匀性。
本发明人已经识别出所有这些条件都可以影响钻石的荧光寿命，并且因此提出了用于确定钻石的类型，特别是钻石是天然钻石还是CVD钻石的发明。
因此，本发明人已经提供了一种用于确定钻石的类型的工艺和系统，这是基于荧光寿命。
5.本发明的实验程序
参照图5和图6，为了验证和确认本发明确定和评估钻石类型的有用性，使用蔡司LSM 880共聚焦显微镜的升级系统以及用于超分辨率成像的Elyra系统和用于寿命测量的PicoQuant TSCPC来研究NV中心的荧光属性。
图5是示出了针对荧光寿命的测量的实验程序的流程图。这可以通过计算时间相关的单光子来实现。
如图5中所示，要被测量的样品由具有高重复率的脉冲二极管激光通过PicoQuant模块510激发。用双检测器520来检测样品所发射的光子，并且测量相对于激发脉冲的时间。
然后，被激发的样品经历荧光发射，其中，光子被发射，直到样品完全返回到电子基态。随着时间的推移，大多数被激发的粒子都返回到基态，因此所发射的光子的数量也随着时间的推移而衰减。时间相关的单光子计数(TCSPC)530被用作‘秒表’来测量衰减时间。
通过计算许多事件，建立光子分布随时间的直方图，这也被称为衰减曲线。然后，荧光寿命是曲线拟合后衰减曲线的时间常数。
NV中心是使用蔡司LSM 880共聚焦显微镜540的升级系统来研究的。
图6进一步图示了用图5中所使用的程序对钻石中颜色中心的荧光寿命测量进行的确定的示意图示。
测量条件如下所示：
-样品灯箱CVD钻石和天然钻石
-激发波长：510nm
-重复率：5MHz(每个信道中的信号在每个重复循环中完全衰减)
-物镜：油浸NA 1.3,40X
正在使用的过滤器包括T635LPXR、FF01-582/75-25和H690/70。实验从514nm的连续波长激光开始，其中，主分束器T80/R20用于定位钻石NV中心。然后，在78.8×78.8μm2的区域中和在512×512像素的分别率下，通过将5μm聚焦到样品，执行块钻石中NV中心的预扫描。
在将激发激光脉冲615施加到钻石610上时，从钻石610的NV中心发出包括绿色荧光(来自NV0态)、红色荧光(来自NV-态)的荧光光，在背景中具有背向散射激光。然后，所发射的光(与背景一起)由分束器630分成两个信道：绿色荧光和红色荧光，在该实施例中，该分束器630为T635LPXR。
从NV0中心发出的绿色荧光信号将由SPAD 2检测器640检测；而来自NV-中心的红色荧光信号由SPAD 1检测器650检测。然后，所收集到的背向散射激光分别由每个对应检测器640和650的H690/70和FF01-582/75-25过滤器进行进一步的过滤。图表660示出了通过三个光学过滤器T635LPXR、FF01-582/75-25和H690/70的光透过率。分束器630(在该实施例中为T635LPXR)只允许波长在625nm到750nm之间的光的传输，因此有效分离绿色荧光信号和红色荧光信号。
光学过滤器FF01-582/75-25允许绿色光信号的传输，而光学过滤器H690/70只允许红色光信号通过，因此阻挡了在SPAD 1和SPAD 2检测器640和650处接收到的任何背向散射激光。
通过分别对SPAD 1检测器640和SPAD 2检测器650所接收到的信号进行评估，利用图5中所示的实验程序，可以获得从NV0中心和NV-中心发射的荧光的衰竭时间。
NV-缺陷710可以使用510nm氩气激光经由边带被成功激发，如图7中所示。之后，510nm的脉冲波长被施加，以在10MHz的脉冲率下经由强光子边带激发NV-中心5分钟。
然后，施加TCSPC，以记录时间衰减，并且基于在短光脉冲的光学激发来确定NV-中心的荧光寿命，如图8中所示。
图8是将荧光的强度与时间相关的、来自钻石中颜色中心的荧光的衰减曲线。该图表中所利用的样品是CVD钻石(类型II，具有密集的粉色)。
这是一种基于荧光信号的单光子的重复的、精确定时的配准的剖面方法。它测量脉冲激光的样品激发和所发射的光子到达检测器之间的时间。
测量激光脉冲开始与检测器接收到所发射的光子的到达信号之间的时间，这重复多次以收集荧光团发射的统计特性。之后，延迟时间被分类为发生发射与激发之后的时间直方图。
6.验证本发明的实验程序的数据
下面的表1示出了CVD钻石和天然钻石的荧光寿命测量结果。
表1
对于表格中所测量的天然钻石，它具有更长的荧光寿命，约为11ns(纳秒)，因为相对于CVD钻石的＜10nm的应变更低。
对于均匀性差异，由于天然钻石异质性较高(即不太均匀)，它们有更大的寿命变化，并且在CVD钻石中，反之亦然。
参照图9，示出了流程图，该流程图描述了本发明的实施例的总体工艺900，作为确定钻石是天然钻石还是合成钻石的工艺。
颜色中心(910)
根据本发明，钻石910的NV中心或其他颜色中心的荧光寿命用于确定钻石的类型。
激发(920)
未知类型的钻石在共聚焦显微镜920下被激发，通常是通过预定的和适当的波长的激光。被激发的钻石在激光下产生荧光，并且荧光寿命由TCSPC测量和记录。
所发射的荧光特性(930)
所发射的荧光特性930包括寿命分布，光谱的形状在本发明中也可以被检查和分析。
物理属性的影响(940)
NV中心或其他颜色中心的荧光寿命受钻石的物理属性940的影响，诸如夹杂物、缺陷、结晶度不一致、晶格变形、内部应力、内部应力、杂质和均匀性。
这些物理属性在钻石的类型之间变化，诸如天然钻石、合成CVD或HPHT钻石、经处理的钻石、经处理的CVD或HPHT钻石。
钻石类型的确定(950)
因此，荧光强度随时间的衰减曲线具有指示钻石类型的特性，从而允许根据本发明评估钻石类型950。
本发明提供了一种工艺系统和方法，用于基于激发后由于钻石的物理特性而产生的荧光寿命衰减来确定或评估钻石的类型。
这是通过基于来自钻石主体内的颜色中心的发射分析荧光寿命来实现的，据此，本发明人已发现，天然钻石的衰减曲线与合成形成的钻石的衰减曲线不同，因此，本发明提供了一种基于钻石的颜色中心的激发之后的荧光寿命衰减的非侵入性评估工艺，可以用于确定钻石是否是天然存在的钻石，或这种钻石是否真的可以在实验室中合成形成，诸如CVD钻石。
在当前制造条件下提供的合成钻石由于增强的和提高的制造技术可能很难从天然钻石中分辨出来，因此，这种合成钻石的光学属性通常不能确定，因为它与天然存在的钻石的光学属性不同。
因此，本发明提供了一种工艺，通过该工艺，天然钻石和合成钻石可以被确定为彼此不同，由于各种原因，这是有用的，包括不当、盗窃、钻石替换、被假冒为天然钻石的合成钻石和对钻石进行以确定钻石是天然形成的还是合成形成的估价。
如将认识到的，根据本发明的工艺可以在利用本发明的同时以各种形式以及体现工艺的实施例和系统实施，以便确定荧光寿命，从而区分钻石是天然存在的钻石还是实验室合成的或工业生长的钻石。
Claims (24)
1.一种用于确定钻石的类型的工艺，其中，所述钻石的类型由以下步骤确定：
(i)测量未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性；以及
(ii)通过将在步骤(i)中所测量出的所述荧光寿命特性与已知钻石类型的颜色中心的所述荧光寿命特性进行比较，确定所述钻石的类型；
其中，颜色中心的所述荧光寿命特性指示钻石的物理属性，所述物理属性指示钻石的类型。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中，
所述物理属性包括夹杂物、缺陷、结晶度不一致、晶格变形、内部应力、内部应力、杂质和均匀性。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的工艺，其中，
所述钻石的类型是天然钻石、化学气相沉积(CVD)合成钻石、高压高温度(HPHT)合成钻石和经处理的天然钻石。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的工艺，其中，
所述工艺提供对于天然钻石与合成钻石进行的区分。
5.根据权利要求4所述的工艺，其中，
所述合成钻石是CVD(化学气相沉积)钻石。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其中，
所述颜色中心是NV中心、SiV中心或NVN中心。
7.一种通过测量颜色中心的荧光寿命来识别钻石是天然钻石还是CVD(化学气相沉积)钻石的工艺，其中，
所述钻石的所述物理属性的所述钻石的颜色中心的所述荧光寿命。
8.根据权利要求7所述的工艺，其中，
所述物理属性指示所述钻石的类型。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其中，
所述钻石的颜色中心的所述荧光寿命的所述测量受共聚焦激光扫描荧光显微镜的影响，所述共聚焦激光扫描荧光显微镜被设置有时间相关的单光子计数器模块。
10.根据权利要求9所述的工艺，其中，所述共聚焦激光扫描荧光显微镜包括：
脉冲激光激发模块；
钻石样品台；
物镜；
聚焦稳定器；
激光扫描模块；
时间相关的单光子计数器模块；以及
发射过滤器。
11.根据权利要求9或权利要求10所述的工艺，其中，
所述共聚焦激光扫描显微镜在激光扫描模式下来被操作。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的工艺，其中，
所述脉冲激光激发模块由波长为例如5 510nm、514nm或532nm的皮秒脉冲绿色激光构成。
13.根据权利要求12所述的工艺，其中，
所述脉冲激光激发模块进一步被设置有用于控制激光功率的线性偏光器和半波片以及用于激光遮板的声光调制器。
14.根据权利要求10所述的工艺，其中，
所述钻石样品台由用于实现样品扫描的XYZ 3-轴压电台和XYZ3-轴电动机械台构成。
15.根据权利要求10所述的工艺，其中，
所述物镜是用于将激光照射到钻石上的油浸式，并且从所述钻石收集所得到的荧光。
16.根据权利要求15所述的工艺，其中，
所述物镜具有等于或大于1.3的数值孔径。
17.根据权利要求10所述的工艺，其中，
所述聚焦稳定器用于精确控制所述钻石样品和所述物镜之间的距离。
18.根据权利要求10所述的工艺，其中，
所述激光扫描模块是由电镜设置所组成的。
19.根据权利要求10所述的工艺，其中，
所述时间相关的单光子计数器模块用于计算所述钻石被单激发聚焦稳定器激发后荧光光子的到达时间，所述单激发聚焦稳定器用于精确控制所述样品与所述物镜之间的距离。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其中，
所述颜色中心是NV中心、SiV中心或NVN中心。
21.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中，
基于在步骤(i)中所测量到的所述钻石的所述荧光寿命特性与已知钻石类型的所述荧光寿命特性之间的相关性的预定阈值相一致，来确定所述钻石的类型。
22.一种能使用计算机化系统来操作的工艺，以用于确定所述钻石的类型，其中，未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性与均为已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性相关，所述计算机化系统包括能被操作地相互连接在一起的荧光寿命数据获取系统、处理器模块和输出模块，所述工艺包括以下步骤：
(i)经由荧光寿命数据获取系统获取数据，所述数据指示未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性；
(ii)在处理器模块中，将指示未知类型的所述钻石的图像的颜色中心的荧光寿命特性的所述数据与多个数据集进行比较，所述多个数据集中的每个数据集与均为已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性对应，其中，已知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性的数据集中的每个数据集是从荧光寿命获取系统中得到的；以及
(iii)从输出模块，响应于在从步骤(i)中得出的所述数据与来自步骤(ii)的所述多个数据集中的一个数据集之间的相关性的预定阈值，提供输出信号，所述输出信号指示所述钻石的所述类型，并且其中，所述钻石的颜色中心的所述荧光寿命特性指示钻石的物理属性，所述物理属性指示钻石的所述类型。
23.一种能使用计算机化系统来操作的工艺，以使用用于确定钻石类型的预先训练的神经网络来确定所述钻石的类型，所述计算机化系统包括经由通信链路能被操作地相互连接在一起的荧光寿命数据获取系统、预先训练的神经网络和输出模块，所述工艺包括以下步骤：
(i)经由所述荧光寿命数据获取系统获取数据，所述数据指示未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性；
(ii)在预先训练的神经网络中，从在步骤(i)中获取到的指示所述未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性的所述数据，来确定所述未知类型的钻石的钻石的类型，
其中，所述预先训练的神经网络已经利用多个数据集进行了预先训练，所述多个数据集中的每个数据集与均为已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性对应；以及
(iii)从输出模块，提供所述钻石的类型。
24.一种用于确定钻石的类型的计算机化系统，其中，未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性与均为已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性相关，所述计算机化系统包括：
荧光寿命数据获取系统，所述荧光寿命数据获取系统用于获取数据，所述数据指示未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性；
处理器模块，所述处理器模块用于将指示所述未知类型的钻石的图像的颜色中心的荧光寿命特性的所述数据与多个数据集进行比较，所述多个数据集中的每个数据集与均为已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性对应；以及
输出模块，所述输出模块用于：基于在指示未知类型的钻石的颜色中心的荧光寿命特性的所述数据与和均为已知类型的多个钻石的颜色中心的荧光寿命特性相对应的所述多个数据集中的一个数据集之间的相关性的预定阈值，提供指示所述未知类型的钻石的类型的输出信号。
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