Способ защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий

Изобретение относится к способам защиты ценных изделий от подделки материальных культурных ценностей, ювелирных изделий, банкнот, кредитных и ценных бумаг, а также для последующего определения их подлинности. Технический результат - повышение надежности защиты. В способе на ценном изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, обеспечивают возможность контроля его наличия и подлинности. В качестве материала защитного средства используют металл (например, серебро) или полупроводник (например, кремний) с электрохимически обработанной до образования шероховатости наноразмерного уровня поверхностью. При этом в качестве детектируемых информативных признаков защитного средства используют генерацию фотоактивированной путем лазерной подсветки во время электрохимической обработки ее поверхности «гигантской» второй гармоники, а возможность контроля наличия и подлинности защитного средства обеспечивают методом анализа по оптическим эффектам в процессе внешнего воздействия на него зондирующего электромагнитного излучения видимого оптического диапазона и детектирования информативных признаков в оптическом отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способам защиты ценных изделий от подделки и может быть использовано для защиты от подделки материальных культурных ценностей, ювелирных изделий, банкнот, кредитных и ценных бумаг, а также для обеспечения возможности последующего определения их подлинности с использованием технических средств.

Из уровня техники хорошо известны технические решения аналогичного характера.

Так, из уровня техники известны индивидуальные средства защиты документов в виде перфорации, рисунок которой имеет узнаваемые нерегулярности. Перфорацию осуществляют с помощью лазерного луча исходя из обычного рисунка, при этом управление лазером осуществляют посредством ЭВМ таким образом, что каждая перфорация имеет индивидуальную нерегулярность, зависящую от исходной величины, см. например, описание заявки DE №0368353, B44F 1/12, 1988.

Так же из уровня техники известен способ защиты от подделки и контроля подлинности ценных изделий, раскрытый в описании патента РФ №2074420, G07D 7/00, G01N 24/08, 27.02.1997. Способ заключается во введении в материал защищаемого предмета или нанесении на него метки, в качестве которой используют стабильный изотоп осмия-187 или его соединение, а определение его наличия осуществляется по ядерным магнитным свойствам. Введение в материал защищаемого предмета или нанесение на него стабильного изотопа осмия-187 может осуществляться в химическом соединении, обеспечивающем постоянную ориентацию магнитных моментов электронных оболочек атомов осмия-187. Данный способ позволяет упростить и удешевить защиту от подделки при обеспечении высокой степени защищенности.

Вместе с тем из уровня техники известен способ защиты от подделки ценных изделий, раскрытый в описании к патенту РФ №2144216, G07D 7/00, G07D 7/06, G06K 19/08, 10.01.2000. Согласно данному способу в качестве средства защиты используют изотопный индикатор на основе смеси стабильных изотопов. Защитную метку формируют посредством упомянутого изотопного индикатора таким образом, чтобы обеспечивалась возможность контроля ее наличия на защищаемом изделии (при детектировании), по меньшей мере, одним из методов спектрального анализа (например, рентгенофлуоресцентным или люминесцентным методами). Данная защитная метка может быть сформирована непосредственно на защищаемом изделии или независимо от него в любом известном виде и по известным технологиям.

Кроме того, из уровня техники известны технологии аналогичного назначения, раскрытые в описаниях зарубежных охранных документов, например GB 1193511, JP 9119867, US 4533244.

Помимо этого из уровня техники известен способ защиты от подделки и контроля подлинности ценных изделий, раскрытый в описании к патенту РФ №2276409, G07D 7/06, G06K 19/14, 10.05.2006. Согласно данному способу на изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, которая обеспечивает возможность контроля наличия и подлинности упомянутого средства физическим методом анализа по резонансным эффектам в процессе внешнего воздействия на него зондирующим электромагнитным излучением заданной радиочастоты и детектирования параметров определенных информативных признаков в резонансном отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие с последующим автоматическим сопоставлением зарегистрированных параметров этих информативных признаков с эталонными значениями. В качестве пассивного защитного средства используют металлизированную, по меньшей мере, трехслойную резонансную фильтровую структуру. В качестве зондирующего излучения используют радиочастоту СВЧ-диапазона, в качестве информативных признаков используют характерные пиковые значения частотной характеристики коэффициентов прямой передачи и обратного отражения.

К недостаткам всех приведенных выше аналогов следует отнести их недостаточную надежность. Это связано прежде всего с тем, что современный уровень развития вычислительной, аналитической и множительной техники позволяет воспроизвести с высокой степенью идентичности практически любую ценную бумагу в неограниченном количестве при сравнительно небольших материальных затратах.

Также из уровня техники известен способ защиты от подделки и контроля подлинности ценных изделий, раскрытый в описании к патенту РФ №2380757, G07D 7/06, 28.12.2006. При осуществлении рассматриваемого способа на ценном изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, обеспечивают возможность контроля его наличия и подлинности. В качестве материала защитного средства используют металл или полупроводник с электрохимически обработанной поверхностью до образования шероховатой поверхности наноразмерного уровня, при этом в качестве детектируемых информативных признаков используют характерную генерацию «гигантской» отраженной второй гармоники, а возможность контроля наличия и подлинности защитного средства обеспечивают методом анализа по оптическим эффектам в процессе внешнего воздействия на него зондирующего электромагнитного излучения видимого оптического диапазона и детектирования информативных признаков в оптическом отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие. Технический результат - повышение уровня надежности защиты.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является существенное повышение уровня надежности защиты от подделок и копирования ценных изделий.

С этой целью предлагается использование нелинейно-оптического эффекта фотоактивации гигантской второй гармоники (ГВГ).

При реализации данного изобретения достигаются несколько технических результатов, один из которых заключается в повышении степени сложности выполнения защитного средства на ценном изделии с одновременным снижением возможности его копирования, подделки и изменения.

Указанная задача решается тем, что в способе защиты от подделок и контроля подлинности ценных изделий на ценном изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, а в качестве материала защитного средства может быть использован металл (например, серебро) или полупроводник (например, кремний) с электрохимически обработанной поверхностью до образования шероховатостей наноразмерного уровня. В качестве детектируемого информативного признака используют фотоактивированную ГВГ.

Возможность контроля наличия и подлинности защитного средства в этом случае обеспечивают методом анализа по оптическим эффектам в процессе внешнего воздействия на него зондирующего электромагнитного излучения видимого оптического диапазона и детектирования информативных признаков в оптическом отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие.

Явление генерации отраженной ВГ состоит в появлении электромагнитного излучения на удвоенной частоте при отражении лазерного излучения от поверхности нелинейной среды.

В принципе, появление новых спектральных компонент (например, гармоник, суммарных и разностных частот) при взаимодействии света с веществом можно понять из модели нелинейно-оптической среды, которая обладает диэлектрической проницаемостью е(Е), зависящей от напряженности электрического поля Е световой волны [2].

В этом случае электрическое смещение становится нелинейной функцией поля и содержит в качестве слагаемого нелинейную поляризацию P^NL(Е):

D(E)=ε(E)=1+4(P^L+P^NL(Е))

По аналогии с линейной поляризацией (дипольным моментом единицы объема) P^L=χ⁽¹⁾Е, где χ⁽¹⁾ по определению - линейная восприимчивость вещества, нелинейная поляризация P^NL(E) может быть представлена в виде ряда по степеням поля с нелинейными восприимчивостями n-го порядка:

Можно видеть, что первый член в разложении (1), квадратично зависящий от напряженности поля световой волны, будет источником излучения на удвоенной частоте.

Действительно, при распространении плоской монохроматической световой волны E(r,t)=E_o·e^-iωt+ikr в нелинейной среде, обладающей нелинейной восприимчивостью второго порядка χ⁽²⁾, будет возбуждаться волна поляризации (дипольного момента) $$P^{NL}\left(2\omega \right)={\chi }^{\left(2\right)}\cdot E_0^2\cdot e^{-2\omega t+i2kr}$$ на частоте 2ω, которая и будет источником светового излучения второй гармоники (ВГ) [2].

Высокая чувствительность отраженной ВГ к морфологическим свойствам поверхности связана со строгими поляризационными правилами отбора, запрещающими генерацию s-поляризованной волны накачки на гладкой однородной изотропной поверхности. Это поляризационное правило, называемое s,s-запретом, нарушается для шероховатой поверхности металлов и полупроводников с характерным размером поверхностной неоднородности порядка 1 нм.

Именно эти поверхностные неоднородности являются источниками наблюдаемой гигантской запрещенной ВГ. Термин «гигантская» использован неслучайно: генерируемая такой шероховатой поверхностью ВГ превосходит по интенсивности разрешенную на гладкой поверхности на несколько порядков.

Таким образом, генерация ГВГ - поверхностно-нелинейное оптическое явление, заключающееся в значительном (на 4-6 порядков) возрастании на поверхности металлов с наноразмерной шероховатостью интенсивности излучения отраженной ВГ. Происходящее усиление нелинейно-оптических процессов связано с возрастанием на такой поверхности локального поля накачки вследствие возбуждения в металле (полупроводнике) поверхностных плазмонов [1, 2].

В работе [1] представлены результаты исследований фотоактивации ГВГ на поверхности серебра в растворе электролита KCl с концентрацией 0,1 моль/л при добавлении 0,05 моль/л пиридина.

Для нанесения на пластинку из серебра шероховатости наноразмерного уровня был проведен цикл анодного травления с плотностью заряда q=100 мКл/см², во время которого поверхность металла освещается непрерывным электромагнитным когерентным излучением лазера с плотностью мощности W~50-100 мВт/см² в видимом диапазоне длин волн λ от 441,6 нм до 532,8 нм (лазерная подсветка). Генерация ГВГ наблюдается при отражении лазерного излучения с λ=1060 нм одномодового YAGrNd³⁺-лазера с модулированной добротностью при плотности мощности ~0,1 МВт/ см².

На фиг. 1 приведены спектрограммы сигнала ГВГ для двух условий нанесения шероховатости. В одном случае анодное травление проводилось в темноте (кривая 1), в другом - при лазерной подсветке (кривая 2).

Из сравнения интенсивностей ВГ I_2ω следует, что коэффициент поверхностного усиления ГВГ вследствие активации возрастает в 5-7 раз по сравнению с коэффициентом усиления при темновом цикле [1].

Проведенное исследование поверхности серебра на растровом электронном микроскопе не показало заметных изменений в морфологии поверхности (с масштабом 500-1000 А), фотоактивированной при W~50 мВт/см², по сравнению с морфологией поверхности при темновом нанесении шероховатости [1].

Для реализации способа защиты ценных изделий с использованием нелинейно-оптического эффекта фотоактивации ГВГ выбирают структуру защитной метки, наиболее подходящую для защищаемого устройства. Могут быть использованы различные известные из уровня техники варианты и способы формирования и нанесения защитной метки.

Поскольку конкретные методы обеспечения скрытности информации в ряде случаев являются охраняемыми сведениями государства, а их выбор не ограничивает сферу применения предлагаемого способа, предположим, что защитная метка выполняется в виде металлической полоски из серебра.

При использовании нелинейно-оптического явления фотоактивации ГВГ для нанесения информации на защитную метку изготавливают фотошаблон. Как вариант, фотошаблон может быть выполнен, например, в виде штрихкода.

Ниже приводится описание графических материалов по предлагаемому способу, никоим образом не ограничивающих все возможные варианты осуществления заявленного изобретения.

На фиг. 2 приведен вариант технологии изготовления защитной метки.

На фиг. 3 приведен вариант устройства для детектирования защитной метки.

Нумерация элементов блок-схемы устройства, их наименование и используемые далее по тексту сокращения приведены ниже:

1 - кювета с электролитом (КЭ),

2 - электролит (ЭЛ),

3 - фотошаблон (ФШ),

4 - лазер подсветки (ЛП),

5 - защитная метка (ЗМ),

6 - зондирующий лазер (ЗЛ),

7 - пятно луча (ПЛ) ЗЛ,

8 - оптическая призма (ОН),

9, 10 - оптические линзы (ОЛ),

11 - узкополосный оптический фильтр (УОФ) на частоту 2ω,

12 - защищаемое изделие (ЗИ),

13 - фотоактивированные участки ЗМ (ФУЗМ)

14 - устройство детектирования ЗМ (УДЗМ),

15 - фоторегистрирующее устройство (ФРУ),

16 - электронно-вычислительное устройство (ЭВУ),

17 - монитор ЭВУ (МЭВУ),

18 - электромеханическое устройство (ЭМУ),

ω, 2ω - частоты излучений ЗЛ и ГВГ соответственно,

Θ_ω, Θ_2ω - полярные углы луча ЗЛ и ГВГ соответственно.

При конструировании оптической схемы устройства выбирается такое взаиморасположение оптических элементов схемы, в частности полярные углы Θ_ω и Θ_2ω, при котором обеспечивается максимум интенсивности фотоактивированной отраженный ГВГ.

Ниже приводится пример осуществления изобретения, никоим образом не ограничивающий все возможные варианты его реализации.

Заготовку ЗМ (5) из полоски серебра помещают в КЭ (1). Сверху заготовки ЗМ (5) помещают ФШ (3).

Подачей напряжения на клеммы А и В (см. фиг. 2) и включением ЛП (4) запускают процессы анодного травления ЗМ (5) в ЭЛ (2) и подсветки участков ЗМ (5) через прозрачные участки ФШ (3).

Длительность анодного травления зависит от плотности электролита и не превышает нескольких часов. Длительность фотоактивации равна длительности анодного травления.

Рассмотрим процесс детектирования информации ЗМ (5), изготовленной по рассмотренной технологии.

С этой целью ЗМ (5) помещают в УДЗМ (14). Применение ОП (8) в устройстве обусловлено необходимостью обеспечения требуемого «оптического контакта» и необходимой ориентации плоскости ЗМ (5) по отношению к осям зондирующего лазерного излучения и фотоиндуцированной ГВГ.

Начальной вставкой ПЛ (7) ЗЛ (6) помещают в начало ЗМ (5). По сигналу ЭВУ (16) включается ЭМУ (18), которое обеспечивает линейное сканирование ПЛ (7) ЗЛ (6) в направлении, указанном на фиг. 3 широкой стрелкой, связанной с ЭМУ (18).

При нахождении ПЛ (7) ЗЛ (6) на участке ЗМ (5), анодное травление которого происходило в темновом режиме, возникает генерация отраженной ГВГ, которая регистрируется ФРУ (15). Этот уровень фиксируется ЭВУ (16) как соответствующий уровню условного нуля (нет сигнала).

При нахождении ПЛ (7) ЗЛ (6) на участке ФУЗМ (13) ЗМ (5), анодное травление которого происходило в режиме подсветки ЛП (4) (именно это положение показано на фиг. 3), интенсивность ГВГ в соответствии с фиг. 1 увеличивается, что также регистрируется ФРУ (15). Этот уровень фиксируется ЭВУ (16) как соответствующий уровню условной единицы (есть сигнал).

На основе информации с ФРУ (15) (есть сигнал, нет сигнала) и ЭМУ (18) о линейном положении УДЗМ (14) относительно начала сканирования ЭВУ (16) формирует электронную версию штрихкода и выводит результат на МЭВУ (17).

Современный уровень техники позволяет выполнить оборудование для детектирования защитной метки, как в стационарном, так и в переносном вариантах.

В качестве фотоаппаратуры, регистрирующей генерацию ГВГ и фотоактивированной ГВГ, может быть использован, например, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) или иное устройство, например, на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС).

Оптические линзы (9, 10), ОП (8) и УОФ (11), настроенный на пропускание ГВГ, особенностей не имеют.

В качестве лазера подсветки ЛП (4) может быть использован лазер с плотностью мощности W~50-100 мВт/см² в диапазоне длин волн λ от 441,6 нм до 532,8 нм.

Для наблюдения генерации ГВГ может быть использован одномодовый YAG:Nd³⁺ - лазер (ЗЛ (6)) с λ=1060 нм и плотностью мощности ~0,1 МВт/см².

Последовательность работы УДЗМ (14) и идентификацию подлинности ЗИ (12) обеспечивает программа ЭВУ (16).

Таким образом, применение предлагаемого способа делает незаконные попытки визуальной или технической (в том числе с применением растрового электронного микроскопа) идентификации, копирования или изменения информации защитной метки практически невозможными. Техническим результатом использования предлагаемого способа является обеспечение гарантированной защиты ценных изделий от подделки, а также обеспечение автоматического определения их подлинности с высокой достоверностью.

Источники информации

1. Акциптеров О.А., Мищина Е.Д. Фотоактивация гигантской второй гармоники и гигантского комбинационного рассеяния света // Письма в ЖЭТВ. - 1983. - В. 9. - Т. 38.

2. Акциптеров О.А. Нелинейная оптика поверхности металлов и полупроводников // Соровский образовательный журнал. - 2000. - Т. 6. - №12.

1. Способ защиты от подделки ценных изделий и контроля их подлинности, при котором на ценном изделии формируют пассивное защитное средство заданной структуры, обеспечивают возможность контроля его наличия и подлинности, отличающийся тем, что в качестве материала защитного средства используют металл с электрохимически обработанной до образования шероховатой поверхности наноразмерного уровня и фотоактивированной поверхностью, при этом в качестве детектируемых информативных признаков используют генерацию гигантской второй гармоники на фотоактивированной поверхности металла, а возможность контроля наличия и подлинности защитного средства обеспечивают методом анализа по оптическим эффектам в процессе внешнего воздействия на него зондирующего электромагнитного излучения видимого оптического диапазона и детектирования информативных признаков в оптическом отклике защитного средства на упомянутое внешнее воздействие с последующим автоматическим и визуальным сопоставлением зарегистрированных параметров информативных признаков с информативными признаками, содержащимися в базе данных средства детектирования.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фотоактивацию поверхности металла проводят в процессе электрохимической обработки поверхности защитного средства путем воздействия на поверхность защитного средства электромагнитного когерентного излучения.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве воздействующего при фотоактивации поверхности защитного средства электромагнитного когерентного излучения используют лазерное излучение в видимом оптическом диапазоне длин волн.