用于使用金刚石的颜色空间相关的拉曼光谱的防伪系统的方法和设备技术方案

一种用于对关于在其晶体结构中形成有预定缺陷、杂质和/或应变的合成拉曼金刚石标签的认证信息进行加密和解密的方法和系统。发送者使用光谱仪通过拉曼扫描建立合成金刚石拉曼标签的认证身份和发送者的性质。发送者然后对关于合成拉曼金刚石标签和发送者的信息进行加密，并将拉曼标签以物理方式传输到接收者，并将加密的信息以电子方式传输到接收者。接收者首先认证金刚石拉曼标签，然后认证发送者的性质。只有在第一次和第二次认证步骤成功时，接收者才通过反向拉曼扫描对加密的信息进行解密。行解密。行解密。

【技术实现步骤摘要】
用于使用金刚石的颜色空间相关的拉曼光谱的防伪系统的方法和设备


[0001]本专利技术涉及防伪，更具体地，涉及使用金刚石的颜色空间相关的拉曼光谱来检测伪造品。

技术介绍

[0002]纸币上的荧光标记、包装上的闪光贴纸和水印等光学防伪装置无处不在。但是，它们很脆弱并且很容易复制。例如，荧光标记由光漂白墨水/染料制成，而闪光贴纸通常由可复制的光子结构制成。因此需要物理上不可克隆的光学防伪装置。
[0003]拉曼光谱是材料分析拉曼散射光谱研究中广泛使用的技术，因为拉曼散射是一种探测分子振动的光物质非弹性散射现象。三个主要特征，包括(1)拉曼位移位置
[0004][0005](2)拉曼强度和(3)拉曼峰的线宽(半峰全宽(full
‑
width
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of
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maximum),FWHM)，可以从拉曼光谱中获得，以分别得到有关材料的化学结构、化学量和内部应变的信息。然而，拉曼光谱通常仅用于分析感兴趣的目标材料(“第一人称”)，而不常用于“第二/第三人称”的防伪。
[0006]合成金刚石的拉曼特征是提供物理上不可克隆的光学防伪装置的问题的理想解决方案。合成金刚石是一种人造金刚石，也很难或几乎不可能通过化学或物理方法移除/损坏。合成金刚石的拉曼特征代表晶体结构中sp3碳原子的局部环境，该环境由非弹性光物质散射揭示。拉曼特征在物理上是不可克隆的，因为人造金刚石中的缺陷/杂质/应变是随机分布的，因为它们要么以这种方式自然形成，要么在生长过程中人工设计到金刚石的晶体结构中。参见，J.Appl.Phys.127,035302(2020)；https://doi.org/10.1063/1.5123263。
[0007]生产人造金刚石需要昂贵且复杂的微纳米制造技术以制作拉曼峰特征，包括真空沉积、退火、反应离子蚀刻、紫外光刻、聚焦离子束注入、以及使用有毒气体。Adv.Funct.Mater.,2102108(2021)；https://doi.org/10.1002/adfm.202102108。
[0008]用于创建特征拉曼峰的现有的方法需要将微型金刚石嵌入生物聚合物溶液中，将混合物空间地分布到薄膜中，以及拉曼成像技术。

技术实现思路

[0009]通过合理地控制具有缺陷/杂质/应变形成的金刚石的生长，合成了不可克隆的合成金刚石。此外，制造人造金刚石所需的昂贵的金刚石生长机器阻碍了市场上的潜在复制品。因此，合成金刚石的拉曼特征是物理不可克隆光学防伪的最佳解决方案。
[0010]与现有技术相比，本专利技术在制造过程中具有成本效益并且相对安全，因为仅需要真空沉积。特别地，本专利技术不需要在金刚石形成之后进行额外的化学合成。同时，本专利技术在点测量方面效果很好，并且不需要开发昂贵、先进的拉曼成像装置进行观察。
[0011]根据本专利技术，开发了颜色空间相关拉曼系统，该系统结合了1)作为物理上不可克隆的光学防伪的合成金刚石拉曼标签和2)作为易于使用的用于编码和解码的系统的联合拉曼光谱仪和拉曼相机，这些编码/解码系统构成了一种新颖的有成本效益的光学防伪系统。该系统进行多级光学加密(OE)和光学解密(OD)。OE是用于将关于激发激光功率、激发激光波长和具有不同随机分布的缺陷/杂质/应变(不同类型、浓度等)的金刚石样品的信息分别加密成拉曼特征的拉曼强度、拉曼位移、拉曼位移变化和半峰全宽(FWHM)的过程。OD是用于通过使用拉曼光谱仪或拉曼光谱仪传感器的第一阶段识别，以及使用RGB检测器(与一组定制的彩色滤光器耦合的彩色科学相机、彩色相机或黑白相机)的第二阶段识别的光学解密的连续拉曼测量。
[0012]本专利技术利用用于稳健的防伪标签的不可克隆的合成金刚石拉曼标签和用于交叉认证的多级光学解密。这些优点有利于本专利技术用于将防伪装置应用于奢侈品、电子元件、载具和包装。
[0013]实施本专利技术要克服的问题包括：1)所需的空间分辨拉曼成像设备，2)设备复杂且耗费成本，以及3)常用的光学防伪标签的鲁棒性有限。然而，目前的合成金刚石拉曼标签是不可克隆的，不像通常的拉曼标签是由容易复制的已知化学物质制成的。此外，合成金刚石不是一种常见的材料，这最大限度地减少了其被复制的机会。同时，合成金刚石本身具有不可克隆的物理特征，因为合成金刚石是从单个金刚石种子生长而来的，每个金刚石种子都可以具有不同的晶体取向和内部晶体结构应变。因此，同一批次或不同批次的生长金刚石的拉曼光谱可能不同，因此无法精确复制已知的合成金刚石拉曼标签。
[0014]本专利技术的拉曼设备是基于“零维点”测量的拉曼相机和光谱仪。在测量过程中，激光聚焦到金刚石上的一个小“点”以探测拉曼散射。这个点的长度、宽度和深度大约为几百纳米。因此，与进行二维或三维空间成像的通常的拉曼显微镜不同，该点可以视为零维点。由于目前的拉曼设备只需要零维测量，与现有的拉曼成像技术相比，操作和开发都非常方便。结果，本专利技术使得能够使用简化且成本有效的方式来观察拉曼信号。拉曼设备通常采用低成本的静止光学和机械部件进行零维观察。这不同于市场上现有的商用机器，后者利用复杂且昂贵的激光扫描或机械扫描机制来进行拉曼成像。
[0015]本专利技术的合成金刚石拉曼标签是一种金刚石，与常用的现有技术相比，具有基于其化学性质和物理性质的四个主要优点，可高度稳健地用于光学防伪标签。首先，用于生长金刚石的仪器和化学品非常昂贵，而且也为少数可靠的制造商所拥有，这在制造方面非常稳健。其次，金刚石具有高度的化学惰性，因此它不会被公众通常使用的化学品损坏或移除。第三，其极限硬度、强度和刚度可保护其免受潜在的物理损坏，例如刮擦、钻孔、撞击或任何类型的机械接触。最后，金刚石是光学稳定的而没有光漂白，因此其拉曼信号是持久的。相反，常用的光学防伪标签不具备同样的优势。现有的光学防伪标签通常依赖于荧光墨水/染料和光子晶体，与本专利技术的合成金刚石拉曼标签相比，它们可以以相对低的价格获得或复制。此外，荧光墨水/染料具有光漂白性，因此可以通过强光或长期光照射移除。
[0016]在示例性实施例中，在步骤1中，发送者建立合成金刚石拉曼标签的认证身份和代表发送者性质的RGB代码。为了定义合成金刚石拉曼标签的认证身份，发送者用系统测量合成金刚石拉曼标签的拉曼光谱。合成金刚石拉曼标签通过拉曼散射将发送者预定义的激光波长和发送者预定义的激光功率转换为金刚石的拉曼特征的预定义的拉曼位移、预定义的
拉曼强度和预定义的FWHM。为了定义发送者的性质，发送者再次重新测量拉曼标签的拉曼光谱，但使用一组任意选择的RGB滤光器来代表发送者。这些RGB代码在发送者和接收者之间共享。
[0017]在操作过程中，激光束从分色镜反射，并通过物镜聚焦到CVD或HPHT合成金刚石上。反向散射的拉曼光由同一个物镜收集并通过同一个分色镜到达激光滤光器，因此探测器只收集反向散射的拉曼光。离开激光滤光器后，反向散射光会遇到任意选择的RGB滤光器，这些滤光器代表一组定制的红色(R)、蓝色(B)和绿色(G)滤光器。当测量颜色空间相关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学防伪系统，包括：在其晶体结构中形成有预定缺陷、杂质和/或应变的合成拉曼金刚石标签；任意选择的一组RGB滤光器，其代表在发送者和接收者之间共享的发送者
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接收者组合；发送者处的发送者拉曼色散光谱仪，其首先测量合成拉曼金刚石的拉曼光谱，以通过拉曼散射将发送者预定义的激光波长和发送者预定义的激光功率转换为拉曼金刚石的拉曼特征的预定义拉曼位移、预定义拉曼强度和预定义FWHM，从而形成指示有效的合成拉曼金刚石拉曼标签的内部标准，然后再次重新测量拉曼标签的拉曼光谱，但使用所述一组RGB滤光器将有效拉曼光谱截断为唯一地认证发送者的身份的颜色空间表示；加密装置，用于对所述发送者预定义的激光波长和所述发送者预定义的激光功率进行加密；传输装置，用于从所述发送者向所述接收者以电子方式传输加密的发送者预定义的激光波长和发送者预定义的激光功率以及所述拉曼金刚石的拉曼特征的预定义拉曼位移、预定义拉曼强度和预定义FWHM，以及所述颜色空间表示；以及接收者处的接收者拉曼色散光谱仪，其创建具有所述拉曼标签的拉曼光谱以及所述发送者预定义的激光波长和所述发送者预定义的激光功率，只有当所述拉曼光谱与内部标准匹配时，所述接收者拉曼色散光谱仪才会使用颜色空间模式下的拉曼光谱和共享的RGB滤光器，并且仅当它与有效的颜色空间表示匹配时，激发激光波长、扫描和功率才用于对接收到的拉曼标签应用反向拉曼散射以解密所述拉曼特征的原始拉曼位移、拉曼强度和FWHM的加密信息，并认证所述合成拉曼金刚石标签。2.根据权利要求1所述的光学防伪系统，其中，所述合成拉曼金刚石标签通过CVD工艺或HPHT工艺形成，从而自然地具有缺陷、杂质和/或应变或将它们设计到其晶体结构中。3.根据权利要求1所述的光学防伪系统，其中，接收到的拉曼标签通过激光波长扫描和激光功率扫描实现所述反向拉曼散射。...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚智勤，姚囿全，
申请(专利权)人：港大科桥有限公司，
类型：发明
国别省市：