WO2009096813A1 - Method for producing a diffraction grating of metal single-crystals, alloys thereof and semiconductors on a sheet material and a device for carrying out said method - Google Patents

Method for producing a diffraction grating of metal single-crystals, alloys thereof and semiconductors on a sheet material and a device for carrying out said method Download PDF

Info

Publication number
WO2009096813A1
WO2009096813A1 PCT/RU2008/000818 RU2008000818W WO2009096813A1 WO 2009096813 A1 WO2009096813 A1 WO 2009096813A1 RU 2008000818 W RU2008000818 W RU 2008000818W WO 2009096813 A1 WO2009096813 A1 WO 2009096813A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sheet material
lines
solution
materials
interference pattern
Prior art date
Application number
PCT/RU2008/000818
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Sergei Nikolaevich Maximovsky
Grigory Avramovich Radutsky
Original Assignee
Sergei Nikolaevich Maximovsky
Radutsky Grigory A
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sergei Nikolaevich Maximovsky, Radutsky Grigory A filed Critical Sergei Nikolaevich Maximovsky
Publication of WO2009096813A1 publication Critical patent/WO2009096813A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1847Manufacturing methods
    • G02B5/1852Manufacturing methods using mechanical means, e.g. ruling with diamond tool, moulding
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/52Alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B7/00Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions
    • C30B7/14Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions the crystallising materials being formed by chemical reactions in the solution

Definitions

  • the method of obtaining on the sheet material a diffraction grating of single crystals of metals, their alloys, semiconductors and a device for its implementation.
  • the present invention relates to means for special types of printing, allowing to obtain on a sheet material protective images from single crystals of various materials in the form of diffraction gratings identified in the ultraviolet, visible and infrared parts of the spectrum, as well as for the practical use of these gratings in electronics and optics.
  • a known method of obtaining a protective image from single crystals of various materials on a sheet material is that a salt solution of crystallizable materials is applied to the sheet material, the sheet material is impregnated with this solution, laser pulses are applied to predetermined points of the sheet material, and single crystals of these materials are grown at these points (see RF patent JVa 2267408 class B44F 1/00).
  • the known method in vivo and using simple technical means provides the application on the sheet material of the original protective image from single crystals of various materials.
  • viewing this image is possible only in the light passing through the sheet material, which is not always convenient for the user.
  • reflected light an image deepened in a sheet material from separate points isolated from one another is poorly distinguishable.
  • the basis of the invention is the creation of such methods for producing on a sheet material a diffraction grating of single crystals of metals, their alloys and semiconductors and a device for its implementation, which would allow creating an original protective image that cannot be reproduced in any other way on a sheet material.
  • the problem is solved in that, in a method for producing a diffraction grating on a sheet material from single crystals of metals, their alloys and semiconductors, which consists in the fact that a salt solution of crystallizable materials is applied to the sheet material, impregnated with the sheet material with this solution, and the set points of the sheet material are exposed by laser pulses and single crystals of these materials are grown at the indicated points, in accordance with the invention, an interference pattern is created on the sheet material from lines whose period does not depend on the periods of the crystal lattices of crystallized materials, single crystals of materials are grown along these lines and form a diffraction lattice from their totality.
  • the period of the lines of the interference pattern in the ranges of 0.2 ⁇ m - O, 3 ⁇ m; 0.4 ⁇ m - 0.7 ⁇ m; 0.7 ⁇ m - l, 0 ⁇ m and form diffraction gratings, respectively, for the ultraviolet, visible and infrared parts of the spectrum.
  • a device for producing a diffraction grating on a sheet material from single crystals of metals, their alloys and semiconductors comprising a means for applying a salt solution of crystallizable materials to a sheet material and a means for separating materials from a solution and crystallization in accordance with the invention
  • the means for separating from solution and crystallization of materials is made in the form of a generator of two laser beams, the interaction of which with each other causes the creation of a sheet
  • the material of the interference pattern consists of lines with a period that is independent of the periods of the crystal lattices of crystallized materials, and the interaction of the rays with the sheet material along the lines of the interference pattern causes the growth of single crystals of materials from these lines from a solution of their salts.
  • the creation of a diffraction grating made of single crystals of metals, their alloys and semiconductors on a sheet material located in the natural environment ensures the creation of a new protective image on the sheet material that is not reproducible by any other device.
  • Figure l illustrates the proposed method for producing a diffraction grating on a sheet material
  • Figure 2 illustrates a General view of a device for producing a diffraction grating on a sheet material.
  • the proposed method for producing on a sheet material a diffraction grating of single crystals of metals, their alloys and semiconductors is as follows.
  • a solution B containing salts of one or more metals or salts of semiconductors is applied to sheet material A (FIG. 1). They impregnate sheet material A with this solution and direct the laser beams D and E, interacting with each other in such a way that an interference pattern appears on the sheet material.
  • C. This picture consists, for example, of parallel lines with a period that is not in any definite relationship with the period of the crystal lattices of materials in solution and to be crystallized.
  • the pulsed action on the sheet material of interacting laser beams D and E occurs along the lines F of the interference pattern. During the duration of the pulse along the lines of the interference pattern, the laser radiation interacts with the solution with which the sheet material is impregnated.
  • a diffraction grating G is formed from the lines of the interference pattern F from single crystals of metals, their alloys and semiconductors.
  • the described the process will be combined with the process of burning the surface layer of the sheet material along the lines of the interference pattern, as a result of which single crystals of metals, their alloys and semiconductors will grow in depressions formed along these lines.
  • the crystallization of the materials introduced into the solution will not occur outside the lines of the interference pattern due to the short laser pulse duration (of the order of 10 ns), because with such a short pulse, heat propagation beyond these lines is excluded.
  • the proposed device for producing on a sheet material a diffraction grating of single crystals of metals, their alloys and semiconductors contains means 1 for applying a salt solution of crystallizable materials to a sheet material 2 and a means 3 for separating these materials from a solution and crystallization.
  • the means 1 for applying to the sheet material 2 a salt solution of crystallizable materials contains a container 4 with a solution and a device 5 for impregnating sheet material 2 with this solution, including a number of driving (not shown) rollers 6 for transferring the solution from the container to the sheet material.
  • the means 3 for separation from the solution and crystallization of materials contains a generator 7 of two laser beams 8 and 9, directed with the possibility of interaction between each other and the optical system 1 O ⁇ transferring the result of this interaction in the form of interference pattern 11 to the sheet material 2.
  • the period of the interference pattern lines is not in any definite relationship with the period of the crystal lattices of materials in solution and subject to crystallization.
  • Sheet material 2 moves along the technological positions of its processing by the conveyor 12.
  • the proposed device for producing on a sheet material a diffraction grating of single crystals of metals, their alloys and semiconductors works as follows.
  • the method of producing a diffraction grating on a sheet of metal from single crystals of metals, their alloys, semiconductors and a device for its implementation allow you to create reliable protection against counterfeiting on the sheet material (banknote), identified in the ultraviolet, visible and infrared parts of the spectrum.
  • the proposed method and device for its implementation can also be used in electronics and optics for the manufacture of sheet diffraction gratings.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

The inventive method for producing a diffraction grating of single-crystalsof metals, alloys thereof and semiconductors on a sheet material involves impregnating a sheet material with the salt solution of a material to be crystallised and subsequently exposing said material to the action of a pulse laser radiation which forms from lines an interference pattern on the sheet material, during the pulse time, and interacts with the solution along said lines. Furthermore, a low-temperature plasma occurs at each point of the lines and forms, in the area of the existence thereof, a gas medium in which the material contained in the solution is recovered to a pure material owing to the crystallisation thereof on a liquid substrate during the plasma cooling. As a consequence of the described process, a diffraction grating is made of single-crystals of metals, alloys thereof and semiconductors along the lines of the interference pattern. The crystallisation of the material introduced into the solution will not take place beyond the lines of the interference pattern due to the short time of the laser radiation pulse (order of 10 ns), since such a short pulse excludes heat distribution beyond said lines. The period of the interference pattern lines is not in any defined interrelation with the period of the crystal lattice of the materials introduced into the solution. The device for carrying out said method makes it possible to produce a diffraction grating of single-crystals of metals, alloys thereof and semiconductors on a sheet material in a natural medium.

Description

Способ получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов, полупроводников и устройство для его осуществления. The method of obtaining on the sheet material a diffraction grating of single crystals of metals, their alloys, semiconductors and a device for its implementation.
Настоящее изобретение относится к средствам для специальных видов печати, позволяющим получать на листовом материале защитные изображения из монокристаллов различных материалов в виде дифракционных решеток, идентифицируемых в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частях спектра, а также для практического использования этих решеток в электронике и оптике.The present invention relates to means for special types of printing, allowing to obtain on a sheet material protective images from single crystals of various materials in the form of diffraction gratings identified in the ultraviolet, visible and infrared parts of the spectrum, as well as for the practical use of these gratings in electronics and optics.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известен способ получения на листовом материале защитного изображения из монокристаллов различных материалов, заключающийся в том, что на листовой материал наносят раствор соли кристаллизуемых материалов, пропитывают листовой материал этим раствором, воздействуют на заданные точки листового материала импульсами лазерного излучения и выращивают монокристаллы этих материалов в указанных точках (см. патент РФ JVa 2267408 кл.B44F 1/00 ).A known method of obtaining a protective image from single crystals of various materials on a sheet material is that a salt solution of crystallizable materials is applied to the sheet material, the sheet material is impregnated with this solution, laser pulses are applied to predetermined points of the sheet material, and single crystals of these materials are grown at these points (see RF patent JVa 2267408 class B44F 1/00).
Известный способ в естественных условиях и с помощью простых технических средств, обеспечивает нанесение на листовой материал оригинального защитного изображения из монокристаллов различных материалов. Однако, просмотр этого изображения возможен лишь в проходящем через листовой материал свете, что не всегда удобно пользователю. В отраженном свете углублённое в листовой материал изображение из отдельных, изолированных одна от другой точек, плохо различимо.The known method in vivo and using simple technical means, provides the application on the sheet material of the original protective image from single crystals of various materials. However, viewing this image is possible only in the light passing through the sheet material, which is not always convenient for the user. In reflected light, an image deepened in a sheet material from separate points isolated from one another is poorly distinguishable.
Известен также способ получения монокристаллов материала на кристаллической подложке, заключающийся в том, что её помещают в камеру-реактор, заполняют камеру активным газом, лазерным лучом из газовой фазы осаждают подлежащий кристаллизации материал на подложку и образуют на ней пленку. Затем с помощью двух лазерных лучей создают на этой пленке интерференционную картину из линий, период которых равен периоду кристаллической решетки кристаллизуемого материала, и производят его кристаллизацию, образуя на подложке плёнку монокристаллического состава (см. патент РФ Ш 2098886 кл.бН 01L 21/268). Применение известного способа для создания защитного изображения на листовом материале из монокристаллов различных материалов затруднительно не только из-за жёстких ограничений, накладываемых на взаимосвязь между периодами интерференционной картины и кристаллической решетки кристаллизуемых материалов. Этим способом можно создать сплошную плёнку монокристаллического состава, но невозможно обеспечить выращивание монокристаллов материала только вдоль линий интерференционной картины, что необходимо для создания оригинального защитного изображения. Кроме того, реализация этого способа требует использования сложного технического оборудования, камеры-реактора, через которую в условиях реального печатного производства практически невозможно пропускать листовой материал и совершать над ним описанные выше операции, в том числе формировать на листовом материале через окна камеры-реактора интерференционные картины.There is also known a method for producing single crystals of material on a crystalline substrate, which consists in placing it in a reactor chamber, filling the chamber with active gas, and the material to be crystallized is deposited from the gas phase on the substrate with a laser beam and forming a film on it. Then, using two laser beams, an interference pattern is created on this film from lines whose period is equal to the period of the crystalline lattice of the material being crystallized, and it is crystallized to form a single-crystal composition film on the substrate (see RF patent Ш 2098886 cl. BN 01L 21/268) . The application of the known method for creating a protective image on a sheet material from single crystals of various materials is difficult not only because of the severe restrictions imposed on the relationship between the periods of the interference pattern and the crystal lattice of crystallized materials. In this way, you can create a continuous film of single-crystal composition, but it is impossible to ensure the growth of single crystals of the material only along the lines of the interference pattern, which is necessary to create an original protective image. In addition, the implementation of this method requires the use of sophisticated technical equipment, a reactor chamber, through which in real printing production it is almost impossible to pass sheet material and perform the operations described above, including forming interference patterns on the sheet material through the chamber-reactor windows .
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
В основу изобретения положена задача создания таких способов получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников и устройства для его осуществления, которые позволили бы создавать на листовом материале оригинальное, не воспроизводимое никаким другим способом защитное изображение.The basis of the invention is the creation of such methods for producing on a sheet material a diffraction grating of single crystals of metals, their alloys and semiconductors and a device for its implementation, which would allow creating an original protective image that cannot be reproduced in any other way on a sheet material.
Поставленная задача решается тем, что, в способе получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников, заключающемся в том, что на листовой материал наносят раствор соли кристаллизуемых материалов, пропитывают листовой материал этим раствором, воздействуют на заданные точки листового материала импульсами лазерного излучения и выращивают монокристаллы этих материалов в указанных точках, в соответствии с изобретением, на листовом материале создают интерференционную картину из линий, период которых не зависит от периодов кристаллических решеток кристаллизуемых материалов, выращивают монокристаллы материалов вдоль этих линий и из их совокупности образуют дифракционную решетку.The problem is solved in that, in a method for producing a diffraction grating on a sheet material from single crystals of metals, their alloys and semiconductors, which consists in the fact that a salt solution of crystallizable materials is applied to the sheet material, impregnated with the sheet material with this solution, and the set points of the sheet material are exposed by laser pulses and single crystals of these materials are grown at the indicated points, in accordance with the invention, an interference pattern is created on the sheet material from lines whose period does not depend on the periods of the crystal lattices of crystallized materials, single crystals of materials are grown along these lines and form a diffraction lattice from their totality.
При таком способе получения на листовом материале дифракционной решетки исключается возможность кристаллизации материалов за пределами интерференционных линий и обеспечивается создание дифракционной решетки из монокристаллов материалов в течение длительности импульса лазерного излучения, взаимодействующего по интерференционным линиям с раствором солей кристаллизуемых материалов.With this method of producing a diffraction grating on a sheet material, the possibility of crystallization of materials outside interference lines and provides the creation of a diffraction grating of single crystals of materials during the duration of a laser pulse interacting along the interference lines with a solution of salts of crystallized materials.
Целесообразно, что на листовом материале устанавливают период линий интерференционной картины в диапазонах 0,2мкм - O,3мкм; 0,4мкм - 0,7 мкм; 0,7мкм - l,0мкм и образуют дифракционные решетки соответственно для ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частей спектра.It is advisable that on the sheet material set the period of the lines of the interference pattern in the ranges of 0.2 μm - O, 3 μm; 0.4 μm - 0.7 μm; 0.7 μm - l, 0 μm and form diffraction gratings, respectively, for the ultraviolet, visible and infrared parts of the spectrum.
При таком способе получения на листовом материале дифракционной решетки обеспечивается возможность создавать на нем комплекс защитных изображений.With this method of obtaining a diffraction grating on a sheet material, it is possible to create a complex of protective images on it.
Целесообразно, что образуют по линиям интерференционной картины углубления в листовом материале и выращивают монокристаллы материалов в этих углублениях.It is advisable that they form recesses in the sheet material along the interference pattern lines and single crystals of materials are grown in these recesses.
При таком способе получения на листовом материале дифракционной решетки обеспечивается её долговечность за счет защиты от истирания.With this method of obtaining a diffraction grating on a sheet material, its durability is ensured due to abrasion protection.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников, содержащем средство для нанесения на листовой материал раствор соли кристаллизуемых материалов и средство для выделения из раствора и кристаллизации материалов, в соответствии с изобретением, средство для выделения из раствора и кристаллизации материалов выполнено в виде генератора двух лазерных лучей, взаимодействие которых между собой вызывает создание на листовом материале интерференционной картины из линий с периодом, не зависящим от периодов кристаллических решеток кристаллизуемых материалов, а взаимодействие лучей с листовым материалом по линиям интерференционной картины вызывает выращивание по этим линиям монокристаллов материалов из раствора их солей.The problem is also solved by the fact that in a device for producing a diffraction grating on a sheet material from single crystals of metals, their alloys and semiconductors, comprising a means for applying a salt solution of crystallizable materials to a sheet material and a means for separating materials from a solution and crystallization in accordance with the invention , the means for separating from solution and crystallization of materials is made in the form of a generator of two laser beams, the interaction of which with each other causes the creation of a sheet The material of the interference pattern consists of lines with a period that is independent of the periods of the crystal lattices of crystallized materials, and the interaction of the rays with the sheet material along the lines of the interference pattern causes the growth of single crystals of materials from these lines from a solution of their salts.
При таком выполнении устройства за время длительности импульса взаимодействующих между собой лазерных лучей обеспечивается создание на находящемся в естественной среде листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников, создающее на листовом материале новое, не воспроизводимое никаким другим устройством защитное изображение. Краткое описание чертежейWith this embodiment of the device, during the duration of the pulse duration of the interacting laser beams, the creation of a diffraction grating made of single crystals of metals, their alloys and semiconductors on a sheet material located in the natural environment ensures the creation of a new protective image on the sheet material that is not reproducible by any other device. Brief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных, но не ограничивающих настоящее изобретение вариантов осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых :The invention is further illustrated by the description of specific, but not limiting, embodiments of the invention and the accompanying drawings, in which:
Фиг.l иллюстрирует предлагаемый способ получения на листовом материале дифракционной решетки;Figure l illustrates the proposed method for producing a diffraction grating on a sheet material;
Фиг.2 иллюстрирует общий вид устройства для получения на листовом материале дифракционной решетки.Figure 2 illustrates a General view of a device for producing a diffraction grating on a sheet material.
Лучшие варианты осуществления изобретенияThe best embodiments of the invention
Предлагаемый способ получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников осуществляется следующим образом.The proposed method for producing on a sheet material a diffraction grating of single crystals of metals, their alloys and semiconductors is as follows.
На листовой материал А (фиг.l) наносят раствор В, содержащий соли одного или нескольких металлов, или соли полупроводников. Пропитывают этим раствором листовой материал А и направляют на него лазерные лучи D и E, взаимодействующие между собой таким образом, что на листовом материале возникнет интерференционная кapтинa.C. Эта картина состоит, например, из параллельных линий с периодом, не находящимся в какой- либо определенной взаимосвязи с периодом кристаллических решеток материалов, находящихся в растворе и подлежащих кристаллизации. Импульсное воздействие на листовой материал взаимодействующих между собой лазерных лучей D и E происходит по линиям F интерференционной картины. За время длительности импульса по линиям интерференционной картины происходит взаимодействие лазерного излучения с раствором, которым пропитан листовой материал.A solution B containing salts of one or more metals or salts of semiconductors is applied to sheet material A (FIG. 1). They impregnate sheet material A with this solution and direct the laser beams D and E, interacting with each other in such a way that an interference pattern appears on the sheet material. C. This picture consists, for example, of parallel lines with a period that is not in any definite relationship with the period of the crystal lattices of materials in solution and to be crystallized. The pulsed action on the sheet material of interacting laser beams D and E occurs along the lines F of the interference pattern. During the duration of the pulse along the lines of the interference pattern, the laser radiation interacts with the solution with which the sheet material is impregnated.
При этом в каждой точке этих линий возникает низкотемпературная плазма, создающая в области своего существования газообразную среду, в которой происходит восстановление введенного в раствор материале до чистого материала в результате его кристаллизации на жидкой подложке по мере остывании плазмы.In this case, at each point of these lines, a low-temperature plasma arises, creating a gaseous medium in the region of its existence, in which the material introduced into the solution is restored to pure material as a result of its crystallization on the liquid substrate as the plasma cools.
Как следствие описанного процесса по линиям интерференционной картины F образуется дифракционная решетка G из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников. При достаточной мощности импульса лазерного излучения описанный процесс будет совмещен с процессом выжигания поверхностного слоя листового материала вдоль линий интерференционной картины, в результате чего выращивание монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников произойдет в образовавшихся вдоль этих линий углублениях. Кристаллизация введенных в раствор материалов не будет происходить за пределами линий интерференционной картины из-за малой длительности импульса лазерного излучения (порядка 10нс), т.к. при столь коротком импульсе исключено распространение тепла за пределы этих линий.As a consequence of the described process, a diffraction grating G is formed from the lines of the interference pattern F from single crystals of metals, their alloys and semiconductors. With sufficient laser pulse power, the described the process will be combined with the process of burning the surface layer of the sheet material along the lines of the interference pattern, as a result of which single crystals of metals, their alloys and semiconductors will grow in depressions formed along these lines. The crystallization of the materials introduced into the solution will not occur outside the lines of the interference pattern due to the short laser pulse duration (of the order of 10 ns), because with such a short pulse, heat propagation beyond these lines is excluded.
Предлагаемое устройство для получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников содержит средства 1 для нанесения на листовой материал 2 раствор соли кристаллизуемых материалов и средство 3 для выделения из раствора и кристаллизации этих материалов.The proposed device for producing on a sheet material a diffraction grating of single crystals of metals, their alloys and semiconductors contains means 1 for applying a salt solution of crystallizable materials to a sheet material 2 and a means 3 for separating these materials from a solution and crystallization.
Средство 1 для нанесения на листовой материал 2 раствор соли кристаллизуемых материалов содержит емкость 4 с раствором и приспособление 5 для пропитки листового материала 2 этим раствором, включающее ряд приводных (на фиг. не показано) роликов 6 для перенесения раствора из емкости на листовой материал.The means 1 for applying to the sheet material 2 a salt solution of crystallizable materials contains a container 4 with a solution and a device 5 for impregnating sheet material 2 with this solution, including a number of driving (not shown) rollers 6 for transferring the solution from the container to the sheet material.
Средство 3 для выделения из раствора и кристаллизации материалов содержит генератор 7 двух лазерных лучей 8 и 9, направленных с возможностью взаимодействия между собой и оптической системой 1 O^ переносящей результат этого взаимодействия в виде интерференционной картины 11 на листовой материал 2.The means 3 for separation from the solution and crystallization of materials contains a generator 7 of two laser beams 8 and 9, directed with the possibility of interaction between each other and the optical system 1 O ^ transferring the result of this interaction in the form of interference pattern 11 to the sheet material 2.
При этом период линий интерференционной картины не находится в какой-либо определенной взаимосвязи с периодом кристаллических решеток материалов, находящихся в растворе и подлежащих кристаллизации.In this case, the period of the interference pattern lines is not in any definite relationship with the period of the crystal lattices of materials in solution and subject to crystallization.
Листовой материал 2 перемещается по технологическим позициям его обработки транспортером 12.Sheet material 2 moves along the technological positions of its processing by the conveyor 12.
Предлагаемое устройство для получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников работает следующим образом.The proposed device for producing on a sheet material a diffraction grating of single crystals of metals, their alloys and semiconductors works as follows.
При движении листового материала 2 на транспортере 12 на него роликами 6 наносится раствор, содержащий либо соли одного или нескольких металлов, либо соли полупроводников. Затем листовой материал 2 перемещается на позицию формирования на нем дифракционной решетки. Наjэтой позиции в результате импульсного взаимодействия между собой лазерных лучей 8 и 9 генератора 7, направленных через оптическую систему 10 на листовой материал 2, на заданном его участке возникает интерференционная картина 11, по линиям которой лазерный луч взаимодействует с раствором, пропитавшим этот материал.When the sheet material 2 is moving on the conveyor 12, a solution containing either salts of one or more metals or salts of semiconductors is applied to it with rollers 6. Then, the sheet material 2 is moved to the position of formation of a diffraction grating on it. At this position, as a result of the pulsed interaction between the laser beams 8 and 9 of the generator 7, directed through the optical system 10 to the sheet material 2, an interference pattern 11 appears on its predetermined section, along the lines of which the laser beam interacts with the solution that has saturated this material.
В результате этого взаимодействия за время длительности лазерного импульса (порядка 10 не) по линиям интерференционной картины 11 происходит восстановление введенного в раствор материала до чистого материала в результате его кристаллизации на жидкой подложке, а совокупность выращенных вдоль этих линий монокристаллов образует на листовом материале дифракционную решетку 13.As a result of this interaction, during the duration of the laser pulse (of the order of 10 ns) along the lines of the interference pattern 11, the material introduced into the solution is restored to pure material as a result of its crystallization on the liquid substrate, and the totality of single crystals grown along these lines forms a diffraction grating 13 .
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Способ получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов, полупроводников и устройство для его осуществления позволяют создать на листовом материале (банкноте) надежную защиту от подделки, идентифицируемую в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частях спектра.The method of producing a diffraction grating on a sheet of metal from single crystals of metals, their alloys, semiconductors and a device for its implementation allow you to create reliable protection against counterfeiting on the sheet material (banknote), identified in the ultraviolet, visible and infrared parts of the spectrum.
При поворотах листового материала с нанесенной на него дифракционной решеткой для видимой части спектра отраженный от решетки свет будет переливаться от фиолетового до красного цвета и наоборот.When turning a sheet of material with a diffraction grating deposited on it for the visible part of the spectrum, the light reflected from the grating will shimmer from purple to red and vice versa.
Предлагаемый способ и устройство для его осуществления могут быть также использованы в электронике и оптике для изготовления на листовом материале дифракционных решеток. The proposed method and device for its implementation can also be used in electronics and optics for the manufacture of sheet diffraction gratings.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Способ получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников, заключающийся в том, что на листовой материал наносят раствор соли кристаллизуемых материалов, пропитывают листовой материал этим раствором, воздействуют на заданные точки листового материала импульсами лазерного излучения и выращивают монокристаллы этих материалов в указанных точках, отличающийся тем, что на листовом материале создают интерференционную картину из линий, период которых не зависит от периодов кристаллических решеток кристаллизуемых материалов, выращивают монокристаллы материалов вдоль этих линий и из их совокупности образуют дифракционную решетку.1. The method of obtaining on a sheet material a diffraction grating of single crystals of metals, their alloys and semiconductors, which consists in applying a salt solution of crystallizable materials to a sheet material, impregnating the sheet material with this solution, affecting predetermined points of the sheet material with laser pulses and growing single crystals of these materials at the indicated points, characterized in that an interference pattern of lines is created on the sheet material, the period of which does not depend on the periods of crystalline lattices of crystallized materials, single crystals of materials are grown along these lines and form a diffraction lattice from their totality.
2. Способ по п.l, отличающийся тем, что на листовом материале устанавливают период линий интерференционной картины в диапазонах 0,2μкм-0,Зμкм; 0,4 μкм-0,7μкм; 0,7μкм-l,0μкм и образуют дифракционные решетки соответственно для ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частей спектра.2. The method according to claim 1, characterized in that the period of the interference pattern lines in the ranges 0.2μkm-0, Zμkm is set on the sheet material; 0.4 μkm-0.7μkm; 0.7μkm-l, 0μkm and form diffraction gratings, respectively, for the ultraviolet, visible and infrared parts of the spectrum.
3. Способ по п.l, отличающийся тем, что образуют по линиям интерференционной картины углубления в листовом материале и выращивают монокристаллы материалов в этих углублениях.3. The method according to p. 1, characterized in that they form recesses in the sheet material along the interference pattern lines and single crystals of materials are grown in these recesses.
4. Устройство для получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников, содержащее средство для нанесения на листовой материал раствор соли кристаллизуемых материалов и средство для выделения из раствора и кристаллизации материалов, отличающееся тем, что средство для выделения из раствора и кристаллизации материалов выполнено в виде генератора двух лазерных лучей, взаимодействие которых между собой вызывает создание на листовом материале интерференционной картины из линий с периодом, не зависящим от периодов кристаллических решеток кристаллизуемых материалов, а взаимодействие лучей с листовым материалом по линиям интерференционной картины вызывает выращивание по этим линиям монокристаллов материалов из раствора их солей. 4. A device for producing on a sheet material a diffraction grating of single crystals of metals, their alloys and semiconductors, comprising a means for applying a salt solution of crystallizable materials to the sheet material and a means for separating materials from the solution and crystallizing, characterized in that the means for separating from the solution and crystallization of materials is made in the form of a generator of two laser beams, the interaction of which with each other causes the creation on the sheet material of an interference pattern of lines with Heat-not dependent on the period of the crystal lattices of the crystallizable material, and reacting rays sheeting along lines cause interference pattern of these lines growing single crystals of materials from a solution of their salts.
PCT/RU2008/000818 2008-01-29 2008-12-30 Method for producing a diffraction grating of metal single-crystals, alloys thereof and semiconductors on a sheet material and a device for carrying out said method WO2009096813A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008102759 2008-01-29
RU2008102759/28A RU2389048C2 (en) 2008-01-29 2008-01-29 Method for production of difraction grating on sheet material from single crystals of metals, their alloys, semiconductors and device for its realisation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009096813A1 true WO2009096813A1 (en) 2009-08-06

Family

ID=40913010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2008/000818 WO2009096813A1 (en) 2008-01-29 2008-12-30 Method for producing a diffraction grating of metal single-crystals, alloys thereof and semiconductors on a sheet material and a device for carrying out said method

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2389048C2 (en)
WO (1) WO2009096813A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2462366C1 (en) * 2011-05-24 2012-09-27 Сергей Николаевич Максимовский Method of creation of images from mono crystals in body of sheet non-absorbent material

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60176001A (en) * 1984-02-22 1985-09-10 Ricoh Co Ltd Manufacture of hologram diffraction grating
SU1287086A1 (en) * 1985-04-17 1987-01-30 Институт Общей Физики Ан Ссср Diffraction grating and method of manufacturing same
RU2165637C1 (en) * 1999-11-17 2001-04-20 Институт физики полупроводников Национальной Академии наук Украины Holographic grating manufacturing process
RU2267408C2 (en) * 2004-02-02 2006-01-10 Сергей Николаевич Максимовский Method and device for obtaining metallized image onto sheet material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60176001A (en) * 1984-02-22 1985-09-10 Ricoh Co Ltd Manufacture of hologram diffraction grating
SU1287086A1 (en) * 1985-04-17 1987-01-30 Институт Общей Физики Ан Ссср Diffraction grating and method of manufacturing same
RU2165637C1 (en) * 1999-11-17 2001-04-20 Институт физики полупроводников Национальной Академии наук Украины Holographic grating manufacturing process
RU2267408C2 (en) * 2004-02-02 2006-01-10 Сергей Николаевич Максимовский Method and device for obtaining metallized image onto sheet material

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008102759A (en) 2009-08-10
RU2389048C2 (en) 2010-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100894512B1 (en) Crystallization apparatus and crystallization method
Parasyuk et al. Crystal growth, electron structure and photo induced optical changes in novel AgxGaxGe1− xSe2 (x= 0.333, 0.250, 0.200, 0.167) crystals
Tominaga et al. Promotion of protein crystal growth by actively switching crystal growth mode via femtosecond laser ablation
WO2001044879A9 (en) Production method and device for hologram
Sugiyama et al. Laser‐Induced Crystallization and Crystal Growth
US9632042B2 (en) Single crystal quartz chips for protein crystallization and X-ray diffraction data collection and related methods
Kolesnikov et al. Modern aspects of bulk crystal and thin film preparation
KR100913618B1 (en) Crystallization apparatus and crystallization method
WO2009096813A1 (en) Method for producing a diffraction grating of metal single-crystals, alloys thereof and semiconductors on a sheet material and a device for carrying out said method
Yeh et al. Single-grain growth in Si film by chevron-shaped cw laser beam scanning
Suzuki et al. Control of organic crystal shape by femtosecond laser ablation
US20060044639A1 (en) 3-d holographic recording method and 3-d holographic recording system
Ablez et al. Microneedle structuring of Si (111) by irradiation with picosecond optical vortex pulses
Petkov et al. Photo-induced changes in the optical properties of amorphous As-Ge-S thin films
Cao et al. An in situ AFM investigation on the morphology of the (100) growth interface of ZTS crystal
US20080032237A1 (en) Method for Producing Photonic Crystals
EP2000558B1 (en) Method and apparatus for manufacturing purely refractive optical structures
Hasenaka et al. Femtosecond laser processing of protein crystals grown in agarose gel
CN1315014A (en) Nonlinear optical crystal
Stojic et al. Simulation of surface regolith gardening and impact associated melt layer production under ns-pulsed laser ablation
RU2462366C1 (en) Method of creation of images from mono crystals in body of sheet non-absorbent material
JPS623089A (en) Production apparatus for semiconductor
RU2532154C1 (en) Method of forming image from crystals of various materials, visible for unaided eye in transmitted and reflected light, in body of sheet material
Fan et al. Flux growth and morphology analysis of Na3VO2B6O11 crystals
Zaitseva et al. Growth mechanisms of large, faceted crystals grown from solutions

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08871893

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE2 Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08871893

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1