СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НА ЛИСТОВОМ МАТЕРИАЛЕ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ ИЗ МОНОКРИСТАЛЛОВ МЕТАЛЛОВ, ИХ СПЛАВОВ, ПОЛУПРОВОДНИКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR PRODUCTION OF DIFRACTION GRATING ON SHEET MATERIAL FROM SINGLE CRYSTALS OF METALS, THEIR ALLOYS, SEMICONDUCTORS AND DEVICE FOR ITS REALISATION

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.
Предшествующий уровень техники
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 №2267408, кл. 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 углубленное в листовой материал изображение из отдельных изолированных одна от другой точек плохо различимо.
Известен также способ получения монокристаллов материала на кристаллической подложке, заключающийся в том, что ее 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 пленку монокристаллического состава (см. патент РФ №2098886, кл.6 Н01L 21/268).
Применение известного способа для создания защитного изображения на листовом материале из монокристаллов различных материалов затруднительно не только из-за жестких ограничений, накладываемых на взаимосвязь между периодами интерференционной картины и кристаллической решетки кристаллизуемых материалов. Этим способом можно создать сплошную пленку 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.
Раскрытие изобретения
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.
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.
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.
Целесообразно, что на листовом материале устанавливают период линий интерференционной картины в диапазонах 0,2 мкм - 0,3 мкм; 0,4 мкм - 0,7 мкм; 0,7 мкм - 1,0 мкм и образуют дифракционные решетки соответственно для ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частей спектра.
При таком способе получения на листовом материале дифракционной решетки обеспечивается возможность создавать на нем комплекс защитных изображений.
Целесообразно, что образуют по линиям интерференционной картины углубления в листовом материале и выращивают монокристаллы материалов в этих углублениях.
При таком способе получения на листовом материале дифракционной решетки обеспечивается ее долговечность за счет защиты от истирания.
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 раствора 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.
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, создающей на листовом материале новое, не воспроизводимое никаким другим устройством защитное изображение.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных, но не ограничивающих настоящее изобретение вариантов осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг.1 иллюстрирует предлагаемый способ получения на листовом материале дифракционной решетки;
Фиг.2 иллюстрирует общий вид устройства для получения на листовом материале дифракционной решетки.
Лучшие варианты осуществления изобретения
Предлагаемый способ получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников осуществляется следующим образом.
На листовой материал А (фиг.1) 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 Е, взаимодействующие между собой таким образом, что на листовом материале возникнет интерференционная картина С. 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 Е происходит по линиям F интерференционной картины. За время длительности импульса по линиям интерференционной картины происходит взаимодействие лазерного излучения с раствором, которым пропитан листовой материал.
При этом в каждой точке этих линий возникает низкотемпературная плазма, создающая в области своего существования газообразную среду, в которой происходит восстановление введенного в раствор материала до чистого материала в результате его кристаллизации на жидкой подложке по мере остывания плазмы.
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 10 нс), т.к. при столь коротком импульсе исключено распространение тепла за пределы этих линий.
Предлагаемое устройство для получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников содержит средство 1 для нанесения на листовой материал 2 раствора соли кристаллизуемых материалов и средство 3 для выделения из раствора и кристаллизации этих материалов.
Средство 1 для нанесения на листовой материал 2 раствора 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.
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 10, переносящей результат этого взаимодействия в виде интерференционной картины 11 на листовой материал 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.
Листовой материал 2 перемещается по технологическим позициям его обработки транспортером 12.
Предлагаемое устройство для получения на листовом материале дифракционной решетки из монокристаллов металлов, их сплавов и полупроводников работает следующим образом.
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.
На этой 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.
В результате этого взаимодействия за время длительности лазерного импульса (порядка 10 нс) 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.
Промышленная применимость
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.
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.
Предлагаемый способ и устройство для его осуществления могут быть также использованы в электронике и оптике для изготовления на листовом материале дифракционных решеток.