钻石中的发光测量制造技术

通过测试钻石的发光性质中一个或多个特定标记的存在或缺乏来提供钻石是否是天然钻石的指示的方法和设备，这些标记的特征在于发光衰减时间和发光波长。光衰减时间和发光波长。光衰减时间和发光波长。

【技术实现步骤摘要】
钻石中的发光测量
[0001]本申请是申请人为“戴比尔斯英国有限公司”的进入中国国家阶段日期为2018年2月27日的申请号为201680049990.5的专利技术名称为“钻石中的发光测量”的专利申请(国际申请日为2016年6月28日，国际申请号为PCT/GB2016/051927)的分案申请。


[0002]本专利技术涉及用于测量钻石中的发光特性的方法和装置。特别地，尽管不是唯一地，本专利技术涉及将这种测量应用于检测钻石是否是天然的。

技术介绍

[0003]由HPHT(高压高温)，CVD(化学气相沉积)或其他工业，非地质工艺制造的合成或人造钻石具有广泛的工业应用，但目前仅形成宝石行业的一小部分。由于是合成的，它们不会具有与相似颜色和质量的天然钻石相关联的高价值，从消费者的角度来看，显然希望提供可靠的手段来识别和分离合成钻石与天然钻石。
[0004]处理过的钻石是天然钻石，通常是在颜色或质量方面通过人工强化来改善其物理特性。颜色变化可以通过涂层，照射和加热的应用等处理来引起。在高温下加热会导致钻石转化为石墨，这可以通过在加热过程中施加稳定压力来避免，即所谓的高压高温(HPHT)处理。通过使用诸如填充裂纹以降低其可见度和使用激光钻孔去除夹杂物等处理的应用可以改善质量。以这种方式处理的钻石也被认为比没有经过处理的等同钻石的价值更低，并且这种处理的检测技术是确保钻石的购买者可以对他们的购买做出完全知情决定的重要部分。
[0005]确定宝石来源的任务通常在准备分级证书或评估过程中被钻石鉴定人，分级员或宝石鉴定师执行。钻石的来源是其市场价值的关键因素，对宝石学家至关重要。有许多特征可以用来区分自然界中的钻石和由工业过程生成的钻石(可以被称为合成钻石)，但天然钻石和合成工艺的固有变化使得这项任务变得困难和繁重。
[0006]已被证明具有实用性的一个特征是当钻石被能量源照射(或激发)时发射的冷光，最通常但不排他地是电磁辐射。宝石学家通常会使用紫外灯，可能会发射波长为365nm或254nm(纳米)的辐射，这些是低压汞灯发射的常见的线，并可能观察到所谓的荧光。荧光是一种发光特征，仅在紫外激发时才产生。也可以观察到的磷光是一种发光，一旦激发被去除这种发光就保持但衰减。通过解释存在的任何这种发光，考虑到它们的可观察的时间特性，颜色和空间分布，可以如本领域已知的那样进行关于手头任务的推断。
[0007]US5883389中公开的允许进行更复杂的观察。特别是它提供了较短波长紫外线辐射源(其特征在于具有小于225nm的波长)，较短波长紫外线辐射对应于主吸收边缘并且仅非常少量(约1μm)穿入到钻石表面中，以便可以认为观察到的任何发光都在表面产生。所公开的仪器还可以包含敏感相机，使得可以记录观察到的发光和磷光的图像，但这不是本质特征。
[0008]有能力的宝石学家会知道术语荧光和磷光虽然方便，但仅仅是描述发光时间特性
的一种宽松方式。它们描述的是在人类观察的时间尺度上迅速或缓慢衰减的发光。毫不奇怪，发光的时间特性要复杂得多。例如已知，如果经受假设非常短的激发脉冲，则可以观察到发光在从皮秒到数十秒的时间尺度上衰减。根据潜在的辐射和竞争性非辐射过程的动力学，还有多种可能的衰减规律，如指数衰减或幂律衰减。此外，样本可以在多个位置的每一个中显示发光颜色或波长和时间特性的组合。
[0009]所述宝石学家也可能知道，对所述时间，空间和光谱特征的更全面理解对于手头的任务是有利的，但缺乏便利的设备和方法以合理的时间和经济成本以实际的方式执行超出了本质上可以由眼睛执行的所需的观察。

技术实现思路

[0010]根据本专利技术的一个方面，提供了一种方法，该方法通过测试钻石的发光性质中一个或多个特定标记的存在或缺乏来提供用于钻石的指标，以确定钻石是否是天然的和/或钻石的类型，所述标记的特征在于发光衰减时间和发光波长。
[0011]该方法可以包括用电磁辐射的至少一个激发脉冲照射钻石，并且在该激发脉冲期间和/或之后，检测由钻石在至少一个时间窗口中发射的光，以获得发光数据，所述时间窗口具有相对于激发脉冲的预定时间关系。该时间窗口或每个时间窗口被选择为包括具有一个或多个标记的衰减时间特征的发光。分析发光数据以确定一个或多个标记的存在或缺乏。
[0012]衰减时间可以限定为激发分子的数量衰减至1/e或36.8％所花费的时间。因此在激发脉冲期间或之后的特定时间窗口内发射的发光可以用于识别是否存在预定的标记。
[0013]激发脉冲的辐射可以在紫外光谱中，并且可选地为225nm或更小。
[0014]可以用多个激发脉冲照射钻石。然后可以从与每个激发脉冲相关联的至少一个时间窗口获得发光数据，每个时间窗口在下一个激发脉冲开始之前关闭。
[0015]在使用多个激发脉冲的情况下，可以组合与所有脉冲相关联的发光数据。该组合可以采用平均的形式，使得在与每个激发脉冲相关的特定时间窗口中获得的发光数据在所有脉冲上被平均，以便为在该时间窗口内发射的光产生平均图像或光谱。这可以改善在非常窄的时间窗口内发射的谱线的信噪比，例如，可以分离具有非常特定波长和衰减特征的标记。类似地，平均图像可以显示来自特定衰减时间的特征，否则该特征对用户是不可见的。
[0016]或者(或者另外)，如果从每个时间窗口获得单个图像，则发光数据的不同形式的组合可能是可能的。通过将来自所有激发脉冲的相应时间窗口的图像可选地以视频的形式顺序地显示给用户来实现发光数据的该组合。这使用户能够通过识别图像之间的一致特征来挑选特征。
[0017]用于激发脉冲的光源可以与光检测器同步。在相关激发脉冲结束之后，可以打开单独的时间窗口，使得发光数据包括磷光数据。可选地或另外地，可以同时或在相关激发脉冲开始之后立刻打开时间窗口，并且在关联的脉冲结束之前或同时关闭所述时间窗口，使得发光数据包括荧光数据。
[0018]其中一个标记可以是蓝色快速磷光标记，其包括峰值在约450nm处的波长段中的和衰减时间小于约80ms的发光。对此的测试可能涉及在激发脉冲结束时或之后开始和在相
关激发脉冲结束后约80毫秒结束的时间窗口中的测试，该测试针对峰值在约450nm处的发光带。蓝色快速磷光标记的存在可能表明钻石是天然IIa型或Ia型钻石。
[0019]其中一个标记可以是蓝绿色缓慢磷光标记，其包含波长峰值在约480nm处并且衰减时间大于80毫秒的发光。对此的测试可以包括在关联的激发脉冲结束后大约80毫秒时开始的时间窗口内的测试，该测试针对480nm为中心的发光带。特别是如果使用多个激发脉冲时，时间窗口可能在相关的激发脉冲结束后约500ms时关闭。蓝绿色缓慢磷光标记的存在可能表明钻石是IIb型钻石。
[0020]其中一个标记可以是绿色缓慢磷光标记，其包含波长在约530nm和约550nm之间并且衰减时间大于80毫秒的发光。用于该标记的测试可能涉及在约相关的激发脉冲结束后开始的时间窗口中的测试，该测试针对大约在530nm和550nm之间的发光带。此外，时间窗口可以可选地在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过测试钻石的发光性质中一个或多个特定标记的存在或缺乏来提供钻石是否是天然钻石的指示的方法，所述标记以发光衰减时间和发光波长为特征，所述方法包括：用电磁辐射的至少一个激发脉冲照射所述钻石；在激发脉冲期间和/或之后，在相对于激发脉冲具有预定时间关系的至少一个时间窗口中检测由钻石发射的光，以便获得发光数据，选择所述时间窗口或者每个时间窗口以包括具有一个或多个标记的衰减时间特征的发光；并且分析发光数据以确定所述一个或多个标记的存在或缺乏。2.根据权利要求1所述的方法，包括：针对与每个激发脉冲相关联的每个时间窗口从所述发光数据获得图像。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：用多个激发脉冲照射所述钻石，并且检测由所述钻石发射的光，以便从与每个激发脉冲相关联的至少一个时间窗口获得发光数据，所述时间窗口或每个时间窗口在下一个激发脉冲开始之前关闭。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：组合与所有脉冲相关联的发光数据。5.根据权利要求4所述的方法，其中：组合所述发光数据包括在所有脉冲上对与每个激发脉冲相关联的特定时间窗口中获得的发光数据进行平均，以便产生该时间窗口内发射的光的平均图像或光谱。6.根据权利要求4所述的方法，包括：针对与每个激发脉冲相关联的每个时间窗口从发光数据获得图像，并且其中组合所述发光数据包括向用户显示来自特定时间窗口的针对所有脉冲的图像。7.根据权利要求6所述的方法，其中：其中所述图像以视频的形式显示给所述用户。8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括：使所述激发脉冲源与光检测器同步。9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括：在相关激发脉冲结束之后打开时间窗口，使得所述发光数据包括磷光数据。10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括：在相关激发脉冲开始之后立刻或同时打开时间窗口，并且在相关脉冲结束之前或同时关闭所述时间窗口，使得发光数据包括荧光数据。11.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，包括：针对多于一个的标记的存在或缺乏进行测试。12.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中：所述一个或多个标记中的一个是蓝色快速磷光标记，所述蓝色快速磷光标记包含峰值在约450nm处的波长带中的和衰减时间小于约80ms的发光。13.根据权利要求12所述的方法，其中：测试所述蓝色快速磷光标记包括在所述激发脉冲结束时或之后开始并且在所述相关激发脉冲结束后大约80毫秒时结束的时间窗口中测试峰值在约450nm处的发光带。14.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述蓝色快速磷光标记的存在是所述钻石是天然IIa型或Ia型钻石的指示。15.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中：所述一个或多个标记中的一个是蓝绿色缓慢磷光标记，所述蓝绿色缓慢磷光标记包括具有在约480nm处的波长峰值并且大于80毫秒的衰减时间的发光。16.根据权利要求15所述的方法，其中：测试所述蓝绿色缓慢磷光标记包括在相关激发脉冲结束后大约80毫秒打开的时间窗口中测试在约480nm处定中的发光带，所述时间窗口可选地在相关激发脉冲结束后约500ms时关闭。17.根据权利要求15所述的方法，其中：所述蓝绿色缓慢磷光标记的存在是所述钻石是IIb型钻石的指示。18.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中：所述一个或多个标记中的一个是绿色缓慢磷光标记，所述绿色缓慢磷光标记包括具有在约530nm与约550nm之间的波长和大于80毫秒的衰减时间的发光。19.根据权利要求18所述的方法，其中：测试所述绿色缓慢磷光标记包括在大约在所述相关激发脉冲结束之后打开的时间窗口中测试在约530nm与约550nm之间的发光带，所述时间窗口可选地在相关激发脉冲结束后大约500ms时关闭。20.根据权利要求18所述的方法，其中：绿色缓慢磷光标记的存在是钻石应该被用于进一步测试的指示。21.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中：所述一个或多个标记中的一个是在所述激发脉冲结束之后包含可忽略的发光的缺乏标记。22.根据权利要求21所述的方法，其中：缺乏标记的存在是所述钻石应被用于进一步测试的指示。23.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯，
申请(专利权)人：戴比尔斯英国有限公司，
类型：发明
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