RU2453443C1 - Device for automated verification of authenticity of banknotes, securities and documents - Google Patents
Device for automated verification of authenticity of banknotes, securities and documents Download PDFInfo
- Publication number
- RU2453443C1 RU2453443C1 RU2010152926/12A RU2010152926A RU2453443C1 RU 2453443 C1 RU2453443 C1 RU 2453443C1 RU 2010152926/12 A RU2010152926/12 A RU 2010152926/12A RU 2010152926 A RU2010152926 A RU 2010152926A RU 2453443 C1 RU2453443 C1 RU 2453443C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- specified
- radiation
- optical
- fluorescence
- range
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области защиты банкнот, ценных бумаг, документов и других объектов с нанесенными метками подлинности, содержащими нанокристаллы алмазов с центрами азот-вакансия (NV-центрами), и может быть использовано для проверки подлинности указанных объектов, в том числе в системах их массового автоматизированного контроля.The invention relates to the field of protection of banknotes, securities, documents and other objects with authenticity marks containing diamond nanocrystals with nitrogen-vacancy centers (NV centers), and can be used to verify the authenticity of these objects, including in systems of their mass automated control.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время известно одно устройство проверки подлинности банкнот, ценных бумаг и документов по критерию наличия меток подлинности, содержащих нанокристаллы алмазов с центрами азот-вакансия (NV-центрами) [1], включающее источник оптического излучения накачки указанных NV-центров с длиной волны в диапазоне 500-600 нм, например, неодимовый лазер с преобразованием излучения во вторую гармонику (длина волны излучения 532 нм), источник электромагнитного СВЧ-излучения с частотой 2,87 ГГц и фотоприемное устройство, способное регистрировать люминесценцию указанных NV-центров в диапазоне длин волн 650-750 нм. Указанное устройство проверки [1] выбрано в качестве прототипа данного изобретения.Currently, there is one device for verifying the authenticity of banknotes, securities and documents by the criterion for the presence of authentication tags containing diamond nanocrystals with nitrogen-vacancy centers (NV centers) [1], including a source of optical pump radiation of these NV centers with a wavelength of in the range of 500-600 nm, for example, a neodymium laser with conversion of radiation to the second harmonic (radiation wavelength 532 nm), a source of electromagnetic microwave radiation with a frequency of 2.87 GHz and a photodetector capable of detecting luminosity a scenario of these NV centers in the wavelength range of 650-750 nm. The specified verification device [1] is selected as a prototype of the present invention.
Недостатком указанного устройства-прототипа является недостаточная полнота элементов, составляющих устройство, необходимых, как для направления оптического и СВЧ- полей на указанные объекты контроля, так и для установления различия сигналов подлинных и неподлинных объектов контроля, что может снижать качество указанной проверки при их скоростной автоматизированной проверке в условиях массового контроля.The disadvantage of this prototype device is the insufficient completeness of the elements making up the device, necessary both for directing the optical and microwave fields to the specified objects of control, and to establish the difference between the signals of genuine and non-authentic objects of control, which can reduce the quality of this test with their high-speed automated verification in conditions of mass control.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Целью данного предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка и повышение качества автоматизированной проверки подлинности банкнот, ценных бумаг и документов по критерию наличия меток подлинности, содержащих нанокристаллы алмазов с центрами азот-вакансия (NV-центрами).The aim of this invention is to eliminate this drawback and improve the quality of automated authentication of banknotes, securities and documents by the criterion of the presence of authentication tags containing diamond nanocrystals with nitrogen-vacancy centers (NV centers).
Указанная цель достигается тем, что применяют устройство автоматизированной проверки подлинности банкнот, ценных бумаг и документов, содержащих метку подлинности в виде нанокристаллов алмазов с NV-центрами согласно настоящему изобретению. Устройство содержит источник оптического излучения с длиной волны в диапазоне 500-600 нм, источник электромагнитного СВЧ-излучения, и фотоприемное устройство, регистрирующее излучение в диапазоне 650-750 нм, при этом дополнительно содержит источник оптического излучения с длиной волны в диапазоне 500-600 нм так, что один из указанных источников оптического излучения предназначен для первого зондирования указанной метки совместно с указанным источником электромагнитного СВЧ-излучения, а другой из указанных источников оптического излучения - для второго зондирования указанной метки в отсутствие СВЧ-излучения, также дополнительно содержит другое фотоприемное устройство так, что одно из указанных фотоприемных устройств предназначено для регистрации флуоресценции метки при ее первом указанном зондировании, а другое - из указанных фотоприемных устройств - для регистрации флуоресценции метки при ее втором указанном зондировании, а также дополнительно содержит: оптические системы для направления указанного оптического излучения с длиной волны в диапазоне 500-600 нм в точках первого и второго указанного зондирования в место на проверяемом объекте, соответствующее размещению метки подлинности.This goal is achieved by the use of an automated authentication device for banknotes, securities and documents containing an authentication mark in the form of diamond nanocrystals with NV centers according to the present invention. The device comprises an optical radiation source with a wavelength in the range of 500-600 nm, a microwave electromagnetic radiation source, and a photodetector detecting radiation in the range of 650-750 nm, further comprising an optical radiation source with a wavelength in the range of 500-600 nm so that one of the indicated sources of optical radiation is intended for the first sounding of the indicated tag together with the specified source of electromagnetic microwave radiation, and the other of the indicated sources of optical radiation is for I of the second sensing of the indicated tag in the absence of microwave radiation, also additionally contains another photodetector so that one of the indicated photodetectors is used to register the fluorescence of the tag when it is first sensed, and the other from the specified photodetectors to record the fluorescence of the tag when it the second specified sounding, and also further comprises: optical systems for directing the specified optical radiation with a wavelength in the range of 500-600 nm at the points of the first and said second sensing position on the scanned object corresponding to the placement of the authenticity mark.
В частности, устройство дополнительно содержит генератор, формирующий сигнал модуляции мощности электромагнитного СВЧ-излучения, который соединен с указанным генератором электромагнитного СВЧ-излучения, синхронные детекторы, соединенные соответственно с указанными фотоприемными устройствами и с указанным генератором задающей частоты модуляции электромагнитного СВЧ- излучения, контроллер, соединенный с указанными синхронными детекторами, и подающий механизм, обеспечивающий подачу объектов контроля в места первого и второго указанных зондирований указанной метки и после указанных зондирований в соответствующие лотки для объектов, для которых проведена проверка подлинности.In particular, the device further comprises a generator that generates a modulation signal of power of electromagnetic microwave radiation, which is connected to the specified generator of electromagnetic microwave radiation, synchronous detectors connected respectively to these photodetector devices and to the specified generator of the reference frequency modulation of electromagnetic microwave radiation, a controller, connected to the specified synchronous detectors, and a feeding mechanism for supplying the objects of control to the places of the first and second decree GOVERNMENTAL soundings of said label after said sounding of respective trays for objects for which authentication is carried out.
В частности, указанный источник электромагнитного СВЧ-излучения снабжен антенной, излучающая часть которой помещена в точке первого указанного зондирования. При этом устройство содержит оптические системы со светофильтрами, пропускающими излучение указанной флуоресценции с длиной волны в диапазоне 650-750 нм на фотоприемные устройства для регистрации указанной флуоресценции.In particular, the specified source of electromagnetic microwave radiation is equipped with an antenna, the radiating part of which is placed at the point of the first specified sensing. Moreover, the device contains optical systems with filters that transmit radiation of the specified fluorescence with a wavelength in the range of 650-750 nm to photodetector devices for recording the specified fluorescence.
В частности, указанные источники оптического излучения с длиной волны в диапазоне 500-600 нм представляют собой неодимовые лазеры с преобразованием излучения во вторую гармонику с длиной волны излучения 532 нм, полупроводниковые лазеры, светодиоды или иные источники с длинами волн оптического излучения в указанном диапазоне.In particular, these sources of optical radiation with a wavelength in the range of 500-600 nm are neodymium lasers with conversion of radiation to the second harmonic with a wavelength of 532 nm, semiconductor lasers, LEDs or other sources with wavelengths of optical radiation in the specified range.
В частности, элементы оптических систем для направления указанного излучения накачки с длиной волны в диапазоне 500-600 нм и его фокусировки на указанное место объекта проверки в точке указанного зондирования, и элементы оптических систем регистрации флуоресценции объекта проверки, непосредственно собирающие указанную флуоресценцию, объединены в одну оптическую систему. При этом указанная оптическая система представляет собой оптическую систему с дихроичными зеркалами для разделения указанных излучений накачки и флуоресценции и пропускающими собираемую элементами оптических систем флуоресценцию объекта проверки на фотоприемные устройства.In particular, the elements of optical systems for directing the indicated pump radiation with a wavelength in the range of 500-600 nm and focusing it on the indicated location of the test object at the point of the indicated sounding, and the elements of the optical systems for recording fluorescence of the test object, directly collecting the indicated fluorescence, are combined into one optical system. At the same time, the indicated optical system is an optical system with dichroic mirrors for separating the indicated pump and fluorescence emissions and transmitting the fluorescence of the object to be checked by photodetector devices, which are collected by the elements of the optical systems.
В частности, указанный источник электромагнитного СВЧ-излучения обеспечивает излучение в полосе частот 2,869±0,1 ГГц, а указанные фотоприемные устройства представляют собой лавинные фотодиоды, снабженные усилителями.In particular, the specified source of electromagnetic microwave radiation provides radiation in the frequency band 2.869 ± 0.1 GHz, and these photodetector devices are avalanche photodiodes equipped with amplifiers.
Описание предлагаемого устройства и его работыDescription of the proposed device and its operation
Предлагаемое устройство схематически изображено на Фиг.1, где:The proposed device is schematically depicted in figure 1, where:
1 - подающий механизм,1 - feed mechanism
2 - зона проверки подлинности,2 - authentication zone,
В - точка первого зондирования метки,In - the point of the first sensing label
3 - 1-й источник оптического излучения накачки NV-центров,3 - 1st source of optical pump radiation of NV centers,
4 - 1-й светофильтр А,4 - 1st filter A,
5 - 1-я оптическая система, направляющая оптическое излучение на метку с NV центрами,5 - 1st optical system directing optical radiation to the tag with NV centers,
6 - 1-й светофильтр Б,6 - 1st light filter B,
7 - 1-я оптическая система регистрации флуоресценции,7 - 1st optical registration system of fluorescence,
8 - 1-е фотоприемное устройство,8 - 1st photodetector,
9 - 1-й усилитель,9 - 1st amplifier
10 - 1-й синхронный детектор,10 - 1st synchronous detector,
11 - генератор электромагнитного СВЧ-излучения,11 - generator of electromagnetic microwave radiation,
12 - антенна,12 - antenna
13 - генератор сигнала модуляции СВЧ-излучения (на Фиг.1 этот один элемент для удобства схематического представления всего устройства изображен дважды),13 - microwave signal modulation signal generator (in Fig. 1, this one element is depicted twice for the convenience of a schematic representation of the entire device),
14 - контроллер,14 - controller
Г - точка второго зондирования меткиG - point of the second sensing label
15 - 2-й источник оптического излучения накачки NV-центров,15 - 2nd source of optical pump radiation of NV centers,
16 - 2-й светофильтр А,16 - 2nd light filter A,
17 - 2-я оптическая система, направляющая оптическое излучение накачки на метку с NV центрами,17 - 2nd optical system directing the optical pump radiation to the tag with NV centers,
18 - 2-й светофильтр Б,18 - 2nd light filter B,
19 - 2-я оптическая система регистрации флуоресценции,19 - 2nd optical system for recording fluorescence,
20 - 2-е фотоприемное устройство,20 - 2nd photodetector,
21 - 2-й усилитель,21 - 2nd amplifier
22 - 2-й синхронный детектор,22 - 2nd synchronous detector,
23 - лоток для объектов проверки, не признанных подлинными.23 - tray for objects of verification that are not recognized as authentic.
На Фиг.2 изображена схема энергетических уровней NV-центра, где:Figure 2 shows a diagram of the energy levels of the NV center, where:
3A - основной уровень, 3 A - main level,
3E - возбужденный уровень, 3 E - excited level,
1А - промежуточный метастабильный уровень. 1 A is an intermediate metastable level.
На указанной фигуре сплошными стрелками указаны переходы, вызванные поглощением излучения накачки, штриховыми - излучательные переходы, дающие вклад в люминесценцию, и пунктирными - безызлучательные переходы, приводящие к изменению спина.In the indicated figure, solid arrows indicate transitions caused by absorption of pump radiation, dashed lines indicate radiative transitions that contribute to luminescence, and dashed lines indicate nonradiative transitions leading to a change in spin.
Для удобства относительное расположение энергетических уровней на указанной фигуре дано не в масштабе.For convenience, the relative arrangement of energy levels in the indicated figure is not given to scale.
Предлагаемое устройство, изображенное схематически на Фиг.1, работает следующим образом:The proposed device, shown schematically in figure 1, works as follows:
Подающий механизм (1) подает объекты контроля, например, банкноты, в зону проверки подлинности (2), обеспечивая в этом случае скорость их перемещения по указанной зоне не менее 10 м/с, что требуется для скоростной автоматизированной проверки подлинности в системах массового контроля. При этом обеспечивается требуемая точность прохождения траектории места на объекте проверки, соответствующего расположению метки подлинности на подлинном объекте, по зоне проверки, например, за счет того, что размер метки превышает возможные поперечные отклонения объекта контроля при его движении.The feeding mechanism (1) feeds the objects of control, for example, banknotes, to the authentication zone (2), providing in this case the speed of their movement in the specified zone at least 10 m / s, which is required for high-speed automated authentication in mass control systems. This ensures the required accuracy of the passage of the trajectory of the place on the test object, corresponding to the location of the authenticity mark on the authentic object, in the verification zone, for example, due to the fact that the size of the mark exceeds the possible transverse deviations of the control object during its movement.
Источники оптического излучения накачки NV-центров (3) и (15) - это источники оптического излучения с длиной волны в диапазоне 500-600 нм, например, неодимовые лазеры с преобразованием излучения во вторую гармонику с длиной волны излучения 532 нм. Излучение указанного источника оптического излучения накачки NV-центров (3) через 1-й светофильтр А (4), пропускающий излучение с длиной волны в диапазоне 500-600 нм с помощью оптической системы (5), например, фокусирующей линзы, подается в зону контроля (2) в точку первого зондирования (В), в которой оказывается метка подлинности подлинного объекта проверки при его перемещении через зону контроля. К указанному месту подведен излучатель СВЧ антенны (12), соединенной с генератором СВЧ-излучения (11).Sources of optical pump radiation of the NV centers (3) and (15) are optical radiation sources with a wavelength in the range of 500-600 nm, for example, neodymium lasers with radiation conversion into the second harmonic with a radiation wavelength of 532 nm. The radiation of the indicated optical source of pumping radiation of NV centers (3) through the 1st filter A (4), which transmits radiation with a wavelength in the range of 500-600 nm using an optical system (5), for example, a focusing lens, is fed into the control zone (2) to the point of the first sounding (B), at which the authenticity mark of the authentic object of verification appears when it moves through the control zone. A microwave emitter (12) connected to a microwave radiation generator (11) is connected to the indicated location.
Под действием указанного излучения накачки происходят оптические переходы между основным уровнем 3A и возбужденным уровнем 3E (Фиг.2) NV-центров, содержащихся в нанокристаллах алмаза метки подлинности (см., например, [2]). Каждый из этих двух уровней расщеплен на три с величиной спина электронной системы m=0, 1 и -1. В слабом магнитном поле (поле Земли) уровни m=±1 вырождены. Подуровень m=0 в основном состоянии отстоит от подуровней m=±1 на энергию, соответствующую частоте 2,87 ГГц. Оптические переходы, вызывающие поглощение и связанные со спонтанным излучением, происходят с сохранением m. Коэффициенты поглощения одинаковы для всех переходов. При этом за поглощением оптического кванта только при переходе 3Am=0→3Em=0 c высокой вероятностью следует обратный переход со спонтанным излучением. При возбуждении же переходов 3Am=±1→3Em=±1 только часть NV - центров возвращает энергию в виде спонтанного излучения. Остальные передают энергию фононам решетки при безызлучательных переходах через промежуточный уровень 1А, переводя в результате центры из состояния 3А m=±1 в состояние 3A m=0. Таким образом, оптическая накачка NV - центров приводит к тому, что часть их перекачивается на подуровень 3A m=0, потери в канале через промежуточный уровень lA уменьшаются и мощность флуоресценции вырастает. При включении СВЧ-излучения, резонансного с переходом между подуровнями основного состояния, происходит возврат части центров на уровни 3А m=±1, эти центры при поглощении света переводятся на уровни 3Е m=±1, и снова часть энергии уходит по каналу через промежуточный уровень 1А. Мощность флуоресценции уменьшается. Регистрация наличия указанного уменьшения мощности флуоресценции в присутствии СВЧ-излучения, резонансного с переходом между подуровнями основного состояния, и является ключевым подтверждением подлинности объекта проверки.Under the influence of the indicated pump radiation, optical transitions occur between the ground level 3 A and the excited level 3 E (FIG. 2) of the NV centers contained in the diamond nanocrystals of the authenticity mark (see, for example, [2]). Each of these two levels is split into three with the spin of the electronic system m = 0, 1 and -1. In a weak magnetic field (Earth's field), the levels m = ± 1 are degenerate. The sublevel m = 0 in the ground state is separated from the sublevels m = ± 1 by an energy corresponding to a frequency of 2.87 GHz. Optical transitions that cause absorption and are associated with spontaneous emission occur with conservation of m. The absorption coefficients are the same for all transitions. In this case, the absorption of the optical quantum only in the transition 3 Am = 0 → 3 Em = 0 with high probability is followed by a reverse transition with spontaneous emission. When the transitions 3 Am = ± 1 → 3 Em = ± 1 are excited, only a part of the NV centers returns energy in the form of spontaneous emission. The rest transfer energy to the phonons of the lattice during nonradiative transitions through an intermediate level of 1 A, resulting in the transfer of centers from the state of 3 A m = ± 1 to the state of 3 A m = 0. Thus, the optical pumping of NV centers leads to the fact that some of them are pumped to the sublevel 3 A m = 0, the channel losses through the intermediate level l A decrease, and the fluorescence power increases. When microwave radiation is switched on, which is resonant with the transition between sublevels of the ground state, a part of the centers returns to levels 3 A m = ± 1, these centers are transferred to 3 E m = ± 1 levels upon absorption of light, and again part of the energy goes through intermediate level 1 A. Fluorescence power decreases. The detection of the indicated decrease in fluorescence power in the presence of microwave radiation resonant with the transition between sublevels of the ground state is a key confirmation of the authenticity of the test object.
Для регистрации указанного уменьшения, т.е. разницы между уровнями модуляции флуоресценции на частоте модуляции амплитуды СВЧ-поля при прохождении метки подлинности под пучком указанного излучения накачки NV-центров, флуоресценция, испускаемая объектом проверки, собирается 1-й оптической системой регистрации флуоресценции - например, объективом или линзой (7) с 1-м фильтром Б (6), пропускающим флуоресценцию в области длин волн в диапазоне 650-750 нм. Указанная 1-я оптическая система регистрации (в простейшем случае - линза) направляет собранное излучение флуоресценции на вход 1-го фотоприемного устройства (8), например лавинного фотодиода. Через 1-й усилитель (9) сигнал с указанного 1-го фотоприемного устройства подается на сигнальный вход 1-го синхронного детектора (10). Возбуждение СВЧ-полем указанной резонансной частоты обеспечивается генератором (11) и антенной (12). При этом отношение сигнала к шуму и, соответственно, надежность регистрации существенно увеличиваются, если за время воздействия на метку лазерного излучения накачки производится не менее двух периодов указанной модуляции мощности указанного СВЧ-излучения. Измерение величины изменения указанной мощности флуоресценции осуществляют методом синхронного детектирования, где в качестве опорного сигнала используют сигнал указанной модуляции мощности СВЧ-излучения. Указанная модуляция мощности СВЧ-излучения обеспечивается генератором модуляции (13), один выход которого соединен с управляющим входом указанного СВЧ-генератора (11), другой - со входом 1-го синхронного детектора (10) для опорного сигнала, третий - со входом 2-го синхронного детектора (22) для опорного сигнала. Указанная модуляцияTo register the specified decrease, i.e. the difference between the levels of fluorescence modulation at the frequency of the modulation of the amplitude of the microwave field when the authentication mark passes under the beam of the indicated pump radiation of the NV centers, the fluorescence emitted by the test object is collected by the first optical fluorescence recording system - for example, by a lens or lens (7) with 1 m filter B (6), which transmits fluorescence in the wavelength region in the range of 650-750 nm. The indicated 1st optical recording system (in the simplest case, a lens) directs the collected fluorescence radiation to the input of the 1st photodetector (8), for example, an avalanche photodiode. Through the 1st amplifier (9), the signal from the specified 1st photodetector is fed to the signal input of the 1st synchronous detector (10). Excitation by the microwave field of the indicated resonant frequency is provided by the generator (11) and the antenna (12). At the same time, the signal-to-noise ratio and, correspondingly, the recording reliability increase significantly if during the period of exposure to the laser radiation label, at least two periods of the indicated power modulation of the indicated microwave radiation are performed. The measurement of the magnitude of the change in the indicated fluorescence power is carried out by the method of synchronous detection, where the signal of the specified modulation of the power of microwave radiation is used as a reference signal. The specified modulation of microwave power is provided by a modulation generator (13), one output of which is connected to the control input of the specified microwave generator (11), the other with the input of the 1st synchronous detector (10) for the reference signal, the third with the input 2- th synchronous detector (22) for the reference signal. Specified Modulation
может осуществляться как гармоническим сигналом, так и периодической последовательностью импульсов в виде меандра. Мощность указанного СВЧ-излучения в указанном месте объекта проверки подлинности модулируют с такой частотой, чтобы в течение указанного отрезка времени Δt, определяемого формулой: (D+d)/V, где D и d соответственно характерные размеры указанной метки и сечений пучков указанного оптического излучения плоскостью указанного объекта проверки подлинности, а V - скорость перемещения указанного объекта проверки подлинности, происходило не менее двух периодов указанной модуляции мощности СВЧ-излучения.can be carried out both by a harmonic signal and by a periodic sequence of pulses in the form of a meander. The power of the specified microwave radiation at the specified location of the authentication object is modulated with such a frequency that during the specified period of time Δt, determined by the formula: (D + d) / V, where D and d are respectively the characteristic dimensions of the specified label and the beam cross sections of the specified optical radiation the plane of the specified authentication object, and V is the speed of movement of the specified authentication object, there were at least two periods of the specified modulation of the microwave power.
Второе зондирование метки осуществляется подобно первому зондированию, за исключением того, что оно проводится в отсутствие воздействия на метку указанным СВЧ-излучением. Излучение второго указанного источника оптического излучения накачки NV-центров (16) через 2-й светофильтр А (17), пропускающий излучение с длиной волны в диапазоне 500-600 нм, с помощью 2-й оптической системы (18), например фокусирующей линзы, подается в точку второго зондирования (Г), в которой оказывается метка подлинности подлинного объекта проверки при его перемещении через зону контроля (2). Под действием указанного излучения накачки происходят в указанной метке оптические переходы между основным уровнем 3A и возбужденным 3Е (Фиг.2) NV-центров, содержащихся в нанокристаллах алмаза метки подлинности. В результате процессов, описанных выше при первом зондировании, сигнал флуоресценции вырастает, но остается постоянным в течение большей части времени второго зондирования, поскольку модулированное по мощности СВЧ-излучение, резонансное с переходом между подуровнями основного состояния в этом случае отсутствует. Как и в случае первого зондирования метки, при втором зондировании при прохождении метки подлинности под пучком указанного излучения накачки NV-центров регистрируется разница между уровнем модуляции флуоресценции на частоте модуляции мощности СВЧ-поля, но приложенного в точку первого зондирования. Для чего флуоресценция, испускаемая объектом проверки, собирается 2-й оптической системой регистрации флуоресценции - объективом (19) с 2-м фильтром Б (20), пропускающим флуоресценцию в области длин волн в диапазоне 650-750 нм. Указанная 2-я оптическая система (в простейшем случае - линза) направляет собранное излучение флуоресценции на вход 2-го фотоприемного устройства (20), например, лавинного фотодиода. Через 2-й усилитель (21) сигнал с указанного 2-го фотоприемного устройства подается на сигнальный вход 2-го синхронного детектора (22), при этом опорным сигналом для указанного синхронного детектора служит сигнал задающей частоты модуляции генератора (13).The second sounding of the mark is carried out similarly to the first sounding, except that it is carried out in the absence of exposure to the mark by the indicated microwave radiation. The radiation of the second indicated optical source of pump radiation of NV centers (16) through the 2nd filter A (17), which transmits radiation with a wavelength in the range of 500-600 nm, using the 2nd optical system (18), for example, a focusing lens, is fed to the second sounding point (G), at which the authenticity mark of the authentic verification object appears when it moves through the control zone (2). Under the action of the indicated radiation, pumping occurs in the specified label optical transitions between the ground level 3 A and the excited 3 E (Figure 2) NV centers contained in the diamond nanocrystals of the label of authenticity. As a result of the processes described above during the first sounding, the fluorescence signal grows, but remains constant for most of the time of the second sounding, since there is no power-modulated microwave radiation resonant with the transition between sublevels of the ground state in this case. As in the case of the first sensing of the tag, during the second probing, when passing the authenticity tag under the beam of the indicated pump radiation of NV centers, the difference between the level of fluorescence modulation at the frequency modulation power of the microwave field, but applied to the point of the first sounding, is recorded. For this, the fluorescence emitted by the test object is collected by the 2nd optical fluorescence recording system - an objective (19) with a 2nd filter B (20), which transmits fluorescence in the wavelength range in the range 650-750 nm. The indicated 2nd optical system (in the simplest case, a lens) directs the collected fluorescence radiation to the input of the 2nd photodetector (20), for example, an avalanche photodiode. Through the 2nd amplifier (21), the signal from the specified 2nd photodetector is fed to the signal input of the 2nd synchronous detector (22), while the reference signal for the specified synchronous detector is the signal of the generator modulation frequency (13).
Сигналы с выходов 1-го синхронного детектора (10) и 2-го синхронного детектора (22) поступают на вход контроллера (14), выход которого соединен с управляющим входом подающего механизма (1). 1-м синхронным детектором (10) регистрируют временную зависимость мощности флуоресценции от объекта проверки подлинности в точке первого зондирования метки В, выделяя периодическую составляющую мощности флуоресценции, измеряют величину ΔU1 указанной составляющей и сравнивают измеренную величину ΔU1 с величиной U1 фонового сигнала, получаемой до и после прохождения метки под потоком оптического излучения в точке первого зондирования метки В. 2-м синхронным детектором (22) повторяют указанную процедуру измерения при нулевой мощности СВЧ-излучения в точке второго зондирования метки Г, регистрируют временную зависимость мощности флуоресценции от объекта проверки подлинности, выделяя периодическую составляющую мощности флуоресценции, измеряют величину ΔU2 указанной составляющей, и сравнивают измеренную величину ΔU2 с величиной U2 фонового сигнала, получаемой до и после прохождения метки под потоком оптического излучения в точке второго зондирования метки Г. Если в процессе проверки подлинности объекта величина сигнала ΔU1 с 1-го синхронного детектора (10) и величина U1 фонового сигнала удовлетворяют отношению ΔU1/|U1|, большему некоторого, установленного заранее числа а≥1, то есть ΔU1/|U1|>>а, а для величины сигнала ΔU2 со 2-го синхронного детектора (23) и величины U2, фонового сигнала выполняется соотношение ΔU2/|U2|<<ΔU1/|U1|, то объект проверки подлинности признают подлинным.The signals from the outputs of the 1st synchronous detector (10) and the 2nd synchronous detector (22) are fed to the input of the controller (14), the output of which is connected to the control input of the feeding mechanism (1). The 1st synchronous detector (10) records the time dependence of the fluorescence power on the authentication object at the point of the first sensing of mark B, highlighting the periodic component of the fluorescence power, measure ΔU 1 of this component and compare the measured value of ΔU 1 with the value of U 1 of the background signal obtained before and after passing the mark under the optical radiation stream at the point of the first sounding of mark B. With the second synchronous detector (22), the indicated measurement procedure is repeated at zero microwave power radiation at the point of the second sounding of the mark G, register the time dependence of the fluorescence power on the authentication object, highlighting the periodic component of the fluorescence power, measure the ΔU 2 value of the specified component, and compare the measured value ΔU 2 with the value U 2 of the background signal obtained before and after passing the mark under the stream of optical radiation at the point of the second sounding of the label G. If, during the authentication of the object, the signal value ΔU 1 from the 1st synchronous detector (10) and the value U 1 of the background of the signal satisfy the ratio ΔU 1 / | U 1 | greater than some predefined number a≥1, that is, ΔU 1 / | U 1 | >> a, and for the signal ΔU 2 from the 2nd synchronous detector (23) and the value of U 2 , the background signal is the ratio ΔU 2 / | U 2 | << ΔU 1 / | U 1 |, then the authentication object is recognized as authentic.
Если сигналы от объектов проверки, в том числе с сильно поврежденными метками, содержащими нанокристаллы алмаза с NV-центрами, не удовлетворяют указанным соотношениям, такие объекты проверки должны быть перемещены подающим механизмом (1) в лоток (23) для объектов проверки, не признанных подлинными.If the signals from the test objects, including those with badly damaged labels containing diamond nanocrystals with NV centers, do not satisfy the indicated relations, such test objects must be moved by the feed mechanism (1) to the tray (23) for the test objects not recognized as authentic .
Нами экспериментально установлено, что в случае применения электромагнитного СВЧ-излучения с полосой частот 2,869±0,1 ГГц эффект уменьшения флуоресценции больше, чем при возбуждении СВЧ-полем с меньшей шириной линии на частоте 2,869 ГГц той же мощности. Указанный эффект обусловлен неоднородным уширением линии из-за пространственных вариаций концентрации атомов азота и NV-центров и других примесных центров. Соответствующую полосу частот СВЧ-излучения обеспечивает генератор электромагнитного СВЧ-излучения (11).We experimentally established that in the case of using electromagnetic microwave radiation with a frequency band of 2.869 ± 0.1 GHz, the effect of decreasing fluorescence is greater than when excited by a microwave field with a smaller line width at a frequency of 2.869 GHz of the same power. This effect is due to inhomogeneous line broadening due to spatial variations in the concentration of nitrogen atoms and NV centers and other impurity centers. An appropriate microwave frequency band is provided by a microwave electromagnetic radiation generator (11).
В случае применения в предлагаемом устройстве объективов с достаточно большой цифровой апертурой возможно соединить в одной линзе элемент оптической системы, фокусирующий излучение накачки с длиной волны в диапазоне 500-600 нм на указанное место объекта проверки, и элемент оптической системы регистрации флуоресценции объекта проверки, непосредственно собирающий указанную флуоресценцию. В этом случае между указанными объективами и указанными источниками оптического излучения накачки NV-центров могут быть установлены дихроичные зеркала. Указанные дихроичные зеркала, выполняя основную функцию светофильтров А, отражают лишь указанное оптическое излучение накачки и в то же время пропускают собранную указанными объективами флуоресценцию к системе регистрации.In the case of using lenses with a sufficiently large digital aperture in the proposed device, it is possible to combine an optical system element focusing pump radiation with a wavelength in the range of 500-600 nm to a specified location of the test object and an element of the optical system for recording fluorescence of the test object directly collecting in one lens indicated fluorescence. In this case, dichroic mirrors can be installed between these lenses and the indicated sources of optical pump radiation of the NV centers. These dichroic mirrors, fulfilling the main function of the A filters, reflect only the indicated optical pump radiation and at the same time pass the fluorescence collected by the indicated lenses to the recording system.
Пример реализации данного изобретенияAn example implementation of the present invention
Экспериментальный образец предложенного в данном изобретении устройства скоростной проверки подлинности банкнот, ценных бумаг и документов по критерию наличия меток подлинности, содержащих нанокристаллы алмазов с NV-центрами, был разработан и апробирован в ООО «Новые энергетические технологии». Содержащую нанокристаллы алмазов с NV-центрами метку подлинности с характерным размером 2 мм, нанесенную на банкноту 1000 рублей, помещали в зону проверки подлинности и подвергали воздействию потока лазерного излучения с длиной волны 532 нм (вторая гармоника излучения неодимового лазера), мощностью 40 мВт и поперечным сечением около 10-2 мм, в течение времени 100 мкс. В выходном излучении лазера, кроме второй гармоники, присутствует собственное излучение неодимового лазера (1,06 мкм) и излучение от диодных лазеров (830 нм). Для их подавления на выходе лазера был установлен фильтр, пропускающий излучение на длине волны 532 нм. И при этом к указанной метке подлинности с помощью антенны, выполненной в виде СВЧ-катушки, подводили СВЧ-излучение от генератора аналоговых сигналов или малогабаритного генератора с центральной частотой 2,869 ГГц, мощность которого модулировали по гармоническому закону в разных случаях с частотой 40, 60, 80 и 100 кГц. Частота и вид сигнала, модулирующего мощность СВЧ-поля, задавались цифровым синхронным детектором.An experimental sample of the device for high-speed authentication of banknotes, securities and documents according to the criterion for the presence of authentication tags containing diamond nanocrystals with NV centers was developed and tested at New Energy Technologies LLC. An authenticity tag containing 2 nanocrystals of diamonds with NV centers, with a characteristic size of 2 mm, deposited on a banknote of 1,000 rubles, was placed in the authentication zone and exposed to a laser beam with a wavelength of 532 nm (second harmonic of neodymium laser radiation), 40 mW and transverse cross-section of about 10 -2 mm, for a time of 100 μs. In the laser output, in addition to the second harmonic, there is intrinsic radiation from a neodymium laser (1.06 μm) and radiation from diode lasers (830 nm). To suppress them, a filter was installed at the laser output that transmitted radiation at a wavelength of 532 nm. And at the same time, microwave radiation from an analog signal generator or small-sized generator with a central frequency of 2.869 GHz, the power of which was modulated according to the harmonic law in different cases with a frequency of 40, 60, was fed to the indicated authenticity tag using an antenna made in the form of a microwave coil 80 and 100 kHz. The frequency and type of the signal modulating the power of the microwave field were set by a digital synchronous detector.
Сигнал флуоресценции метки в диапазоне длин волн 650-750 нм собирался объективом типа Planohromat и через фильтр ОС-14 подавался на собирающую линзу, которая фокусировала флуоресценцию на вход лавинного фотодиода. После усиления сигнал поступал на вход синхронного детектора, опорным сигналом для которого служил гармонический сигнал указанного цифрового синхронного детектора, модулирующий мощность СВЧ-поля. При этом выбирали оптимальный сдвиг фазы указанного гармонического сигнала относительно фазы модуляции СВЧ-излучения. Во всех случаях регистрировался сигнал, как минимум, на порядок величины, превосходящий фоновый сигнал, получаемый до и после прохождения указанной метки под пучком указанного лазера. При этом уровень сигнала с синхронного детектора, свидетельствующий о наличии на банкноте указанной метки подлинности, возрастал при расширении полосы частот СВЧ-излучения вплоть до 50 МГц.The label fluorescence signal in the wavelength range of 650–750 nm was collected by a Planohromat type lens and fed through an OS-14 filter to a collecting lens, which focused the fluorescence to the input of the avalanche photodiode. After amplification, the signal was fed to the input of a synchronous detector, the reference signal for which was the harmonic signal of the specified digital synchronous detector, modulating the power of the microwave field. In this case, the optimal phase shift of the specified harmonic signal relative to the modulation phase of the microwave radiation was selected. In all cases, a signal was recorded, at least an order of magnitude greater than the background signal received before and after passing the specified mark under the beam of the specified laser. At the same time, the signal level from the synchronous detector, indicating the presence of the indicated authenticity mark on the banknote, increased with the expansion of the microwave radiation frequency band up to 50 MHz.
Работа второй части устройства моделировалась работой первой его части при мощности указанного СВЧ-излучения, не превосходящей 1% мощности, необходимой для получения указанного отношения ΔU1/|U1|>>a при 1-м зондировании метки на подлинном объекте проверки, и связанной с неполным экранированием в точке второго зондирования метки Г указанного СВЧ-излучения от точки первого зондирования метки В. Во всех случаях регистрировался сигнал, не превосходящий существенно фоновый сигнал, получаемый до и после прохождения указанной метки под пучком указанного лазера.The operation of the second part of the device was simulated by the operation of its first part at the indicated microwave radiation power not exceeding 1% of the power necessary to obtain the indicated ratio ΔU 1 / | U 1 | >> a for the 1st probe of the mark on the original test object, and with incomplete shielding at the second sounding point of label G of the indicated microwave radiation from the first sounding point of label B. In all cases, a signal was recorded that did not substantially exceed the background signal received before and after passing the specified label under the beam at azannogo laser.
Таким образом, описанная выше опытная проверка работоспособности экспериментального образца предлагаемого устройства подтвердила возможность его реализации с получением положительного эффекта - уверенным обнаружением метки подлинности банкнот, ценных бумаг или документов, содержащей нанокристаллы алмазов с NV-центрами при скоростном детектировании, т.е. установлением подлинности указанных объектов проверки по критерию наличия указанной метки в месте ее дислокации на подлинном объекте.Thus, the experimental verification of the operability of the experimental sample of the proposed device described above confirmed the possibility of its implementation with a positive effect — by confidently detecting the authenticity mark of banknotes, securities or documents containing diamond nanocrystals with NV centers during high-speed detection, i.e. the establishment of the authenticity of these objects of verification by the criterion of the presence of the specified label in the place of its deployment on the original object.
ЛитератураLiterature
[1] - Патент РФ RU 2357866.[1] - RF Patent RU 2357866.
[2] - N.B.Manson, J.P.Harrison and M.J.Sellars, "The nitrogen-vacancy center in diamond re-visited", arXiv:cond-mat/0601360v2 (5 June 2006).[2] - N.B. Manson, J.P. Harrison and M.J.Sellars, "The nitrogen-vacancy center in diamond re-visited", arXiv: cond-mat / 0601360v2 (June 5, 2006).
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010152926/12A RU2453443C1 (en) | 2010-12-24 | 2010-12-24 | Device for automated verification of authenticity of banknotes, securities and documents |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010152926/12A RU2453443C1 (en) | 2010-12-24 | 2010-12-24 | Device for automated verification of authenticity of banknotes, securities and documents |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2453443C1 true RU2453443C1 (en) | 2012-06-20 |
Family
ID=46681006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010152926/12A RU2453443C1 (en) | 2010-12-24 | 2010-12-24 | Device for automated verification of authenticity of banknotes, securities and documents |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2453443C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2569791C1 (en) * | 2014-10-28 | 2015-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Лазерлаб" (ООО "Лазерлаб") | Method of producing protective label substance containing diamond microcrystals with active nv-centres, having radiation-modified properties, method for protection from counterfeiting and authentication of articles using said label |
| RU2577493C1 (en) * | 2014-10-28 | 2016-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Лазерлаб" (ООО "Лазерлаб") | Method of obtaining protective label substance containing diamond microcrystals with active nv-centres, having mechanically modified properties, method for counterfeit protection and authentication of articles using said label |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1646056A1 (en) * | 2004-10-09 | 2006-04-12 | European Central Bank | Security document on which data can be stored and method and apparatus for reading data from and writing data on the security document |
| EP1706838A2 (en) * | 2003-07-23 | 2006-10-04 | Eastman Kodak Company | Authentication using nanocrystal security markings |
| RU2357866C1 (en) * | 2008-09-10 | 2009-06-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Method for protection of documents, securities or products with help of nanodiamonds with active nv centers |
-
2010
- 2010-12-24 RU RU2010152926/12A patent/RU2453443C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1706838A2 (en) * | 2003-07-23 | 2006-10-04 | Eastman Kodak Company | Authentication using nanocrystal security markings |
| EP1646056A1 (en) * | 2004-10-09 | 2006-04-12 | European Central Bank | Security document on which data can be stored and method and apparatus for reading data from and writing data on the security document |
| RU2357866C1 (en) * | 2008-09-10 | 2009-06-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Method for protection of documents, securities or products with help of nanodiamonds with active nv centers |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2569791C1 (en) * | 2014-10-28 | 2015-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Лазерлаб" (ООО "Лазерлаб") | Method of producing protective label substance containing diamond microcrystals with active nv-centres, having radiation-modified properties, method for protection from counterfeiting and authentication of articles using said label |
| RU2577493C1 (en) * | 2014-10-28 | 2016-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Лазерлаб" (ООО "Лазерлаб") | Method of obtaining protective label substance containing diamond microcrystals with active nv-centres, having mechanically modified properties, method for counterfeit protection and authentication of articles using said label |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100867394B1 (en) | Improved luminescence characteristics detector | |
| US6441380B1 (en) | Coding and authentication by phase measurement modulation response and spectral emission | |
| US9726626B2 (en) | Quantum mechanical measurement device | |
| CN103597522A (en) | In-line decay-time scanner | |
| PL220373B1 (en) | Method, device and security system, all for authenticating a marking | |
| TW201221940A (en) | Optic detection system | |
| CN108709877B (en) | Diamond detection method and detection device | |
| KR20100115774A (en) | Fluorescence detector and fluorescence detection method | |
| US20190018088A1 (en) | Magneto-optical defect center sensor including light pipe with focusing lens | |
| RU2011101497A (en) | MEASURING DEVICE FOR SPECTRALLY PERMITTED SCAN OF VALUABLE DOCUMENTS AND THE RELATED METHOD | |
| JP2007530916A (en) | Apparatus and method for measuring fluorescence lifetime | |
| RU2453443C1 (en) | Device for automated verification of authenticity of banknotes, securities and documents | |
| CN110426652A (en) | A kind of SERF magnetometer optical frequency shift fictitious magnetic field Inhibition test device and method | |
| CN108489959A (en) | A kind of coherent antistockes Raman spectroscopy scanning means and method | |
| RU104512U1 (en) | DEVICE OF AUTOMATED CHECK OF AUTHENTICITY OF BANKNOTES, SECURITIES AND DOCUMENTS | |
| RU2422903C1 (en) | Device for authenticating banknotes, bond paper and documents | |
| RU2412486C1 (en) | Method of authenticating banknotes, bond paper and documents | |
| RU2434293C1 (en) | Method for automated authentication of banknotes, bond paper and documents | |
| RU93336U1 (en) | DEVICE FOR CHECKING THE AUTHENTICITY OF BANKNOTES, SECURITIES AND DOCUMENTS | |
| KR102588254B1 (en) | Method and appratus for sensing magnetic fields or temperature of wide areas using diamond nitrogen vacancy sensor | |
| CN104615970A (en) | Anti-counterfeiting mark identifying device and identifying method thereof as well as article identification system and method thereof | |
| US20220092904A1 (en) | Fluorescence/phosphorescence detection device, paper sheet processing device, and fluorescence/phosphorescence detection method | |
| RU2566600C1 (en) | Device for automatic detection of fast-moving security labels containing diamond microcrystals with active nv centres | |
| US11137459B2 (en) | Radio frequency (RF) antenna element with a detuning system | |
| RU154331U1 (en) | DEVICE FOR AUTOMATIC NON-CONTACT DETECTION OF PROTECTIVE METHODS BASED ON DIAMOND MICROCRYSTALS WITH ACTIVE NV CENTERS WITH DIFFERENT PROTECTIVE SIGNS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20140717 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20161125 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20180322 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20211022 |