PL238550B1

PL238550B1 - A stone containing a spatial diffraction grating

Info

Publication number: PL238550B1
Application number: PL418504A
Authority: PL
Inventors: Paweł MODRZYŃSKI; Paweł Modrzyński; Marcin WIELEBSKI; Marcin Wielebski; Piotr KUNICKI; Piotr Kunicki; Arno KNAPITSCH; Arno Knapitsch
Original assignee: Nanores Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Spolka Komandytowa
Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2021-09-06
Also published as: WO2018067022A1; PL418504A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest siatka dyfrakcyjna przestrzenna, naniesiona jako zmodyfikowana struktura powierzchniowa na powierzchnię kamienia o strukturze krystalicznej, zwłaszcza kamienia (1) transparentnego o regularnym i jednolitym materiale wewnętrznym, przez który może przepływać fala elektromagnetyczna, szczególnie światło widzialne. Wynalazek ma zastosowanie w procesach technologicznych, wykorzystujących precyzyjne systemy i metody obróbcze małych powierzchni, najlepiej w dziedzinie jubilerstwa. Stąd także, zastosowanie wynalazku ma znaczenie dla kamieni szlachetnych. Siatka dyfrakcyjna przestrzenna naniesiona jako zmodyfikowana struktura powierzchniowa przynajmniej na obszarze jednej oszlifowanej ściany zewnętrznej jest struktura w rodzaju nano siatki (5) dla odbicia i jednocześnie lub zamiennie dla załamania fali elektromagnetycznej w materiale wewnętrznym, jako ośrodku propagacji tej fali elektromagnetycznej. Przekrój poprzeczny przez zmodyfikowaną strukturę powierzchniową ma postać linii łamanej (6) o okresowo powtarzającym się kształcie, a zmodyfikowana struktura powierzchniowa w postaci nano siatki (5) stanowi liczne wybrania (7) w materiale wewnętrznym, przy czym między wybraniami (7) zachowany jest odstęp (8). Maksymalna szerokość pojedynczego wybrania (7) jest równa 150% długości fali elektromagnetycznej λ, dla której współczynnik załamania ośrodka propagacji n jest najmniejszy, natomiast wybranie (7) ma postać bryły przestrzennej, przy czym sąsiadujące ze sobą wybrania (7) są ułożone tak, że każde wybranie (7) ma w swoim najbliższym sąsiedztwie co najmniej trzy kolejne wybrania (7), korzystnie cztery albo korzystnie sześć kolejnych wybrań (7), gdzie fala elektromagnetyczna jest w rodzaju fali światła widzialnego albo w rodzaju fali ultrafioletu albo w rodzaju fali podczerwieni.The subject of the invention is a spatial diffraction grating, applied as a modified surface structure to the surface of a stone with a crystalline structure, especially a transparent stone (1) with a regular and uniform internal material through which an electromagnetic wave, especially visible light, can flow. The invention is applicable to technological processes using precise systems and methods for machining small surfaces, preferably in the field of jewelry. Hence, the application of the invention is also relevant to precious stones. The spatial diffraction grating applied as a modified surface structure at least on the area of one polished outer wall is a nano-mesh structure (5) for reflection and simultaneously or alternatively for refraction of the electromagnetic wave in the internal material, as the propagation medium of this electromagnetic wave. The cross-section through the modified surface structure has the form of a broken line (6) with a periodically repeating shape, and the modified surface structure in the form of a nano mesh (5) constitutes numerous recesses (7) in the internal material, with a space maintained between the recesses (7). (8). The maximum width of a single recess (7) is equal to 150% of the length of the electromagnetic wave λ, for which the refractive index of the propagation medium n is the smallest, while the recess (7) has the form of a spatial solid, with the adjacent recesses (7) arranged in such a way that each recess (7) has in its immediate vicinity at least three further recesses (7), preferably four or preferably six further recesses (7), where the electromagnetic wave is of the visible light wave type or of the ultraviolet wave type or of the infrared wave type.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest kamień zawierający przestrzenną siatkę dyfrakcyjną, naniesioną na powierzchnię przede wszystkim kamienia o strukturze krystalicznej, przez którą to może przepływać fala elektromagnetyczna, szczególnie światło widzialne. Wynalazek ma zastosowanie w procesach technologicznych wykorzystujących precyzyjne systemy i metody obróbcze małych powierzchni, na które siatka taka jest nanoszona, najlepiej w dziedzinie jubilerstwa. Stąd także zastosowanie wynalazku ma znaczenie w szczególności dla kamieni szlachetnych.The subject of the invention is a stone containing a spatial diffraction grating, deposited on the surface, primarily of a stone with a crystalline structure, through which an electromagnetic wave, especially visible light, can flow. The invention is applicable to technological processes that use precise systems and methods for processing small surfaces on which the mesh is applied, preferably in the field of jewelery. Hence, the use of the invention is of importance in particular for gemstones.

Znane z powszechnej wiadomości jest uzyskiwanie skomplikowanych powierzchni kamieni ozdobnych, szczególnie kamieni szlachetnych, poprzez ich szlifowanie, polerowanie, grawerowanie. Szczególnie trudne jest uzyskiwanie wielu powierzchni płaskich o co raz to mniejszych obszarach tak, aby różne kąty padania światła na obrobiony kamień wywoływały wrażenie świecenia, czy to przez odbicie, czy też przez załamanie światła. W przypadku załamania, światło dostające się do wewnątrz, dzięki zwielokrotnionej strukturze ścian powierzchniowych ma możliwość lepszego uwolnienia się i przeniknięcia na powrót do otoczenia. Efekty świetlne wzbogacane są rozmaitymi zabiegami technicznymi stosowanymi niezależnie na wcześniej przygotowanych płaskich zwielokrotnianych ścianach kamienia. Niektóre działania mają za zadanie uzyskać niepowtarzalny charakter wrażeń świetlnych, niektóre mają na celu identyfikację produktu, a poprzez identyfikację także zabezpieczenie w wyniku znakowania szczególną cechą.It is known from the common knowledge to obtain complex surfaces of decorative stones, especially precious stones, by grinding, polishing and engraving them. It is particularly difficult to obtain a plurality of flat surfaces and increasingly smaller areas, so that different angles of incidence of light on the treated stone give the impression of lighting, be it by reflection or by refraction of light. In the event of a refraction, the light getting inside, thanks to the multiplied structure of the surface walls, has the ability to better break free and penetrate back into the environment. The lighting effects are enriched with various technical treatments applied independently on previously prepared flat multiplied stone walls. Some activities are aimed at obtaining a unique character of light sensations, some are aimed at product identification, and through identification also security as a result of marking with a specific feature.

Stąd znane jest z patentu europejskiego o nr EP2566653 stosowanie znacznika identyfikacyjnego diamentów niezauważalnego gołym okiem, a także sposób określania autentyczności kamienia dzięki weryfikacji tego oznaczenia poprzez naświetlanie. W rozwiązaniu co najmniej dwa obrazy interferencyjne są zapisywane jako znak identyfikacyjny wraz z informacją o lokalizacji na określonym obszarze i kątem padania promieniowania próbkowania. Energia lasera grawerującego musi jednak być dostosowana tak, aby formowanie oznaczenia nie wpływało na czystość diamentu lub na znaczne jego zaciemnienie. Jest to bowiem niekorzystny skutek uboczny ingerencji w strukturę powierzchni kamieni ozdobnych, przynajmniej częściowo przezroczystych, zwłaszcza szlachetnych.Hence, it is known from the European patent no. EP2566653 to use a diamond identification marker imperceptible to the naked eye, as well as a method of determining the authenticity of a stone by verifying this marking by irradiation. In the solution, at least two interference images are recorded as an identification mark along with information about the location in the defined area and the incident angle of the sampling radiation. However, the energy of the engraving laser must be adjusted so that the formation of the mark does not affect the purity of the diamond or its significant darkening. This is because it is an unfavorable side effect of interfering with the surface structure of decorative stones, at least partially transparent, especially precious stones.

Z patentu europejskiego EP0648445 znane jest nanoszenie siatki dyfrakcyjnej w postaci ornamentu na ozdobę składającą się z materiału transmitującego światło, zawierającego wiele wyciętych ścianek, przy czym stanowiące siatkę przestrzenną drobne rowki są formowane w co najmniej jednej lub więcej niż jednej ściance ozdoby, gdzie korzystnie odstępy między wspomnianymi drobnymi rowkami są prawie równe, i wynoszą od 0,1 μm do 1000 μm, a materiałem transmitującym jest np. diament, szkło, tworzywa sztuczne lub cyrkon. Rowki wraz z odstępami umożliwiają dyfrakcję padającego białego promienia świetlnego w obszarze ornamentu, gdzie dyfrakcja prowadzi do rozświetlenia barwą tęczy obszaru ornamentem naniesiona siatką dyfrakcyjną, przy czym może ona być złożona z podobszarów, w których znajdują się równoległe rowki, natomiast rowki sąsiadujących obszarów są ustawione względem siebie pod kątem z zakresu od 0 do 180. Rowki mogą przyjąć jednak także postać okręgów centrycznych albo fal, tworząc wzór. Rozwiązanie ma na celu uwypuklenie naniesionej siatki dyfrakcyjnej spośród powierzchni nią nie objętej.It is known from European patent EP0648445 to apply a diffraction grating in the form of an ornament to an ornament consisting of a light transmitting material having a plurality of cut-out walls, the spatial grating being formed in at least one or more of the walls of the ornament, preferably the gaps between said fine grooves are almost equal, ranging from 0.1 µm to 1000 µm, and the transmitting material is e.g. diamond, glass, plastic or zirconium. The grooves together with the spaces allow diffraction of the incident white light ray in the area of the ornament, where the diffraction leads to the illumination of the area with the rainbow color of the ornament applied with a diffraction grating, and it may be composed of sub-areas with parallel grooves, while the grooves of the adjacent areas are positioned relative to at an angle ranging from 0 to 180. The grooves may, however, also take the form of centric circles or waves to form a pattern. The solution is to emphasize the applied diffraction grating from the surface not covered by it.

Z kolei z patentu europejskiego o numerze EP0839098 znany jest sposób wytwarzania na wypolerowanej ścianie diamentu znaku informacyjnego niewidocznego dla nieuzbrojonego oka, przy użyciu maski i promieniowania w obecności odczynnika, który reaguje w napromieniowanej części powierzchni ścianki kryształu z tym kryształem i powoduje utworzenie znaku stanowiącego siatkę dyfrakcyjną przestrzenną, o głębokości korzystnie nie większej niż 100 nm i nie mniejszej niż 1 nm.In turn, from the European patent no. EP0839098, there is known a method of producing an information mark invisible to the naked eye on a polished diamond wall, using a mask and radiation in the presence of a reagent that reacts in the irradiated part of the crystal wall surface with this crystal and creates a mark constituting a diffraction grating. spatial, with a depth preferably not greater than 100 nm and not less than 1 nm.

Ze zgłoszenia wynalazku o numerze US2006144821 znany jest sposób grawerowania niepowtarzalnego wzoru na powierzchni diamentu, który stanowi potem siatkę dyfrakcyjną przestrzenną, gdzie cała powierzchnia diamentu może być pokryta tym niepowtarzalnym wzorem. Wzorem może być co najmniej jeden wybrany z grupy składającej się z fotografii, druku, rysunku lub podpisu.From the application of the invention with the number US2006144821 there is known a method of engraving a unique pattern on the surface of a diamond, which then forms a spatial diffraction grating, where the entire surface of the diamond can be covered with this unique pattern. The pattern may be at least one selected from the group consisting of a photograph, a print, a drawing or a signature.

Natomiast z kolejnego wynalazku europejskiego o numerze EP1042132 znany jest sposób wytwarzania siatki dyfrakcyjnej w postaci oznaczenia na powierzchni diamentu lub kamienia, które składa się z jednego lub więcej znaków alfanumerycznych lub podobnych wykonanych z rowków, zawierający etap formowania rowków na tej powierzchni diamentu lub kamienia, a znak jest taki, że nie można go odczytać gołym okiem, natomiast rowki wywołujące widoczny efekt dyfrakcji w pewnych określonych warunkach oświetleniowych, takich, że znak można odczytać w pewnych określonych warunkach powiększenia.On the other hand, another European invention with the number EP1042132 discloses a method of producing a diffraction grating in the form of a mark on the surface of a diamond or stone, which consists of one or more alphanumeric or similar characters made of grooves, comprising the step of forming grooves on the surface of the diamond or stone, and the mark is such that it cannot be read with the naked eye, but grooves producing a visible diffraction effect under certain specified lighting conditions, such that the mark can be read under certain specified magnification conditions.

PL 238 550 B1PL 238 550 B1

Niezależnie od zastosowania metod wskazanych uprzednio, nacinanie powierzchni lub wytrawianie jej jest jak już wspomniano ze wszech miar niekorzystne z powodu znacznego prawdopodobieństwa przyciemnienia powierzchni kamienia, na którym siatka dyfrakcyjna jest nanoszona, a przez to utraty zdolności do emisji z niego światła.Regardless of the application of the methods indicated above, cutting or etching the surface, as already mentioned, is by all means disadvantageous due to the significant probability of darkening the surface of the stone on which the diffraction grating is applied, and thus loss of the ability to emit light therefrom.

Stąd ze zgłoszenia brytyjskiego GB748142 znany jest inny kształt naniesionej na transparentny klejnot siatki dyfrakcyjnej do wytwarzania efektów barwnych podobnych do pryzmatycznych efektów dyspersyjnych związanych z odbitym lub załamanym światłem na siatce dyfrakcyjnej. W tym przypadku rowki siatki dyfrakcyjnej mają w przekroju kształt zębów piły, a maksymalna szerokość pojedynczego zęba wynosi λ/2n, gdzie n jest współczynnikiem załamania ośrodka, a λ to średnia długość fali padającego światła, które na siatce rozkłada się na barwy składowe.Hence, from the British application GB748142, a different shape of a diffraction grating applied to a transparent gem is known to produce color effects similar to prismatic dispersion effects related to reflected or refracted light on the diffraction grating. In this case, the grooves of the diffraction grating are sawtooth-shaped in cross-section, and the maximum width of a single tooth is λ / 2n, where n is the refractive index of the medium and λ is the average wavelength of the incident light which is broken down into component colors on the grating.

Przedstawione rozwiązania mają pewne cechy wspólne z rozwiązaniami spotykanymi w strukturach kryształów fotonicznych wykorzystywanych jako wzmacniacze bądź filtry fal elektromagnetycznych, najczęściej w elektronice. Struktury takie wytwarza się z użyciem materiałów dielektrycznych, poprzez warstwowe nakładanie struktur odpowiednio obliczonych dla danej długości fal.The presented solutions have some common features with the solutions found in the structures of photonic crystals used as amplifiers or filters for electromagnetic waves, most often in electronics. Such structures are produced with the use of dielectric materials by layering the structures appropriately calculated for a given wavelength.

Wskazane zastosowania filtracyjne ujawnione zostały np. w patencie koreańskim o numerze KR101455063. Sednem tego rozwiązana jest wielowarstwowa struktura, w której to przynajmniej jedna z warstw jest wytrawiana przy użyciu matrycy fotoczułej wytworzonej promieniami lasera. Wytrawiona warstwa ma utworzone otwory rozmieszczone strukturalnie tworząc nanosiatkę dyfrakcyjną.The indicated filtration applications are disclosed, for example, in Korean Patent No. KR101455063. The essence of this is a multilayer structure in which at least one of the layers is etched using a photosensitive matrix produced by laser beams. The etched layer has holes formed structurally to form a diffraction nanogrid.

Ze zgłoszenia wynalazku o numerze JP2013061645 znana jest struktura kryształu fotonicznego zawierająca warstwę złożoną z wielu nanocząstek o różnych wymiarach, ułożonych w pewnym odstępie od siebie, gdzie warstwa kryształu fotonicznego zlokalizowana jest na warstwie struktury nano i skonfigurowana tak, że odbija światło o określonej długości fali λ, przy czym możliwa jest taka konfiguracja, że odbijanych jest kilka konkretnych długości fal.The patent application JP2013061645 discloses a photonic crystal structure containing a layer composed of a plurality of nanoparticles of different sizes, spaced apart from each other, where the photonic crystal layer is located on the nano structure layer and configured to reflect light with a specific wavelength λ , a configuration is possible such that several specific wavelengths are reflected.

Kryształ fotoniczny, o strukturze warstwowej znany jest także ze zgłoszenia firmy SAMSUNG ELEKTRONICS o numerze KR20130025721, a także o numerze KR20100040649 jako układ filtrujący.The photonic crystal with a layered structure is also known from the application of the company SAMSUNG ELEKTRONICS with the number KR20130025721, and also with the number KR20100040649 as a filtering system.

Kolejny tej samej firmy wynalazek, na który udzielono już patentu to rozwiązanie wskazane pod numerem JP5580001 B2. Kryształ fotoniczny jest utworzony na podłożu o strukturze siatki dyfrakcyjnej w dwóch wymiarach przez umieszczenie bloków jednostek w rozmiarze nano w ustalonym odstępie. Kształt fali światła odbijanego selektywnie filtrem dla określonego koloru wynika z materiału podłoża i rozmiaru bloku jednostek. Bloki jednostek są natomiast utworzone w strukturze heksagonalnej lub kwadratowej, a kryształ fotoniczny jest uformowany w postaci pojedynczej warstwy lub jako wiele warstw, przy czym odstęp między blokami jednostek wynosi od 100 nm do 500 nm.Another invention of the same company, for which the patent has already been granted, is the solution indicated under the number JP5580001 B2. The photonic crystal is formed on a 2D diffraction grating substrate by placing blocks of nano size units at a predetermined spacing. The waveform of the light selectively reflected by a filter for a specific color is determined by the substrate material and the unit block size. On the other hand, the unit blocks are formed in a hexagonal or square structure and the photonic crystal is formed as a single layer or as multiple layers with a unit block spacing of 100 nm to 500 nm.

Celem rozwiązania według wynalazku jest uzyskanie wzmocnienia światłości wydobywającej się z kamienia o strukturze krystalicznej ze zmodyfikowaną strukturą powierzchniową w rodzaju siatki dyfrakcyjnej przestrzennej, co wydaje się jak do tej pory twierdzeniem sprzecznym i niemożliwym do realizacji, gdyż każde naruszenie i ingerencja w strukturę powierzchniową kamieni tego rodzaju jest kojarzona z pociemnieniem warstw powierzchniowych, a przez to z zatrzymaniem światła wewnątrz kryształu, które to ma utrudnioną możliwość wydostania się z niego. Celem jest także możliwość wpłynięcia na barwę światła, jako fali elektromagnetycznej, wydobywającego się lub odbijanego od kamienia ze strukturą krystaliczną w większym stopniu niż pozostałe barwy, odpowiednio na długości fal podczerwieni i ultrafioletu.The aim of the solution according to the invention is to achieve an enhancement of the light emanating from a stone with a crystalline structure with a modified surface structure, such as a spatial diffraction grating, which so far seems to be a contradictory and impossible statement, because any violation and interference in the surface structure of stones of this type it is associated with the darkening of surface layers, and thus with the retention of light inside the crystal, which has a difficult possibility of escaping from it. The aim is also to be able to influence the color of the light, as an electromagnetic wave, emerging or reflected from a stone with a crystalline structure to a greater extent than the other colors, at infrared and ultraviolet wavelengths respectively.

Cel ten może być zrealizowany przez wykorzystanie struktury podobnej do struktury kryształów fotonicznych, jak do tej pory wykorzystywanych jedynie w elektronice, natomiast niespotykanych w przemyśle jubilerskim.This goal can be achieved by using a structure similar to the structure of photonic crystals, so far used only in electronics, but unheard of in the jewelry industry.

Kamień zawiera przestrzenną siatkę dyfrakcyjną według wynalazku, naniesioną na powierzchnię kamienia o strukturze krystalicznej jako zmodyfikowaną strukturę powierzchniową tego kamienia. Zmodyfikowana struktura powierzchniowa, zwłaszcza kamienia transparentnego o regularnym i jednolitym materiale wewnętrznym, to struktura przynajmniej na obszarze jednej oszlifowanej ściany zewnętrznej w rodzaju nanosiatki dla odbicia i jednocześnie lub zamiennie załamania fali elektromagnetycznej w materiale wewnętrznym jako ośrodku propagacji tej fali elektromagnetycznej. Przekrój poprzeczny przez zmodyfikowaną strukturę powierzchniową ma postać linii łamanej o okresowo powtarzającym się kształcie, a zmodyfikowana struktura powierzchniowa w postaci nanosiatki stanowi liczne wybrania w materiale wewnętrznym, przy czym między wybraniami zachowany jest odstęp. Wynalazek charakteryzuje się tym, że maksymalna szerokość wybrania jest równa 150% długości fali elektromagnetycznej λ, dla której współczynnik załamania ośrodka propagacji n jest najmniejszy, natomiast wybranie ma postać nieliniowej, pojedynczo wyodrębnionej szlifem, punktowej pustki w kształcieThe stone comprises a spatial diffraction grating according to the invention, deposited on the surface of the crystal-structured stone as a modified surface structure of the stone. The modified surface structure, especially of a transparent stone with a regular and uniform internal material, is a structure at least in the area of one polished external wall, like a nano-mesh, to reflect and simultaneously or alternatively refract an electromagnetic wave in the internal material as the propagation center of this electromagnetic wave. The cross-section through the modified surface structure is in the form of a broken line with a periodically repeating shape and the modified nano-mesh surface structure is a plurality of recesses in the interior material with a gap between the recesses. The invention is characterized in that the maximum width of the recess is equal to 150% of the electromagnetic wavelength λ, for which the refractive index of the propagation medium n is the smallest, while the recess is in the form of a non-linear, individually cut point-shaped void

PL 238 550 B1 bryły przestrzennej, przy czym sąsiadujące ze sobą wybrania są ułożone tak, że każde wybranie ma w swoim najbliższym sąsiedztwie co najmniej trzy kolejne wybrania, korzystnie cztery albo korzystnie sześć kolejnych wybrań, natomiast zachowany odstęp między wybraniami jest nienaruszoną mechanicznie strukturą powierzchniową tejże ściany zewnętrznej kamienia, a wyodrębnienie znajduje się w strukturze powierzchniowej ściany zewnętrznej kamienia, gdzie fala elektromagnetyczna jest w rodzaju fali światła widzialnego albo w rodzaju fali ultrafioletu albo w rodzaju fali podczerwieni. Wybranie w postaci bryły przestrzennej korzystnie jest bryłą obrotową, najlepiej w rodzaju walca lub stożka lub półkuli, ewentualnie stożka ściętego lub niepełnej półkuli o płaskim wierzchołku. Wybranie postaci bryły przestrzennej może być bryłą, korzystnie foremną, w rodzaju sześcianu lub czworościanu foremnego lub prostopadłościanu lub ostrosłupa, ewentualnie ostrosłupa ściętego. Linia łamana o okresowo powtarzającym się kształcie ma korzystnie zarys fali prostokątnej lub fali trapezowej, ewentualnie o łukowatych bokach. Długość okresu korzystnie wynosi maksymalnie 150% maksymalnej szerokości pojedynczego wybrania. Głębokość pojedynczego wybrania korzystnie wynosi maksymalnie tyle samo, co maksymalna szerokość tego wybrania, najlepiej 75% tej wartości. Struktura w rodzaju nanosiatki naniesiona może być na obszarze wszystkich oszlifowanych ścian zewnętrznych. Przynajmniej na jednej z oszlifowanych ścian zewnętrznych naniesiona może być struktura nanosiatki o parametrach odmiennych względem nanosiatki naniesionej na pozostałych oszlifowanych ścianach zewnętrznych. Wybrania zlokalizowane na tej samej oszlifowanej ścianie zewnętrznej mogą być tego samego rodzaju. Wybrania zlokalizowane na różnych oszlifowanych ścianach zewnętrznych mogą być odmiennego rodzaju. Wybrania zlokalizowane na różnych oszlifowanych ścianach zewnętrznych mogą mieć odmienną ilość sąsiadujących z nimi wybrań, przy czym korzystnym jest, gdy mają taką samą ilość sąsiadujących z nimi wybrań dla konkretnie obranej oszlifowanej ściany zewnętrznej. Nanosiatka na oszlifowanych ścianach zewnętrznych stanowiąc strukturę fotoniczną korzystnie jest jednocześnie znacznikiem identyfikacyjnym.The recess is arranged so that each recess has at least three consecutive recesses in its immediate vicinity, preferably four or preferably six consecutive recesses, while the maintained distance between the recesses is the mechanically intact surface structure of the recess itself. the outer wall of the stone, and the isolation is in the surface structure of the outer wall of the stone, where the electromagnetic wave is like a wave of visible light, or like an ultraviolet wave, or like an infrared wave. The recess in the form of a three-dimensional solid is preferably a rotational body, preferably of the type of a cylinder or a cone or a hemisphere, possibly a truncated cone or an incomplete hemisphere with a flat apex. Choosing the form of a three-dimensional solid may be a solid, preferably regular, in the form of a cube or a regular tetrahedron, or a cuboid or a pyramid, or a truncated pyramid. A broken line of periodically repeating shape preferably has the outline of a square wave or a trapezoidal wave, possibly with arcuate sides. The period length is preferably at most 150% of the maximum width of a single cut. The depth of the single cut is preferably maximally the same as the maximum width of the cut, preferably 75% of this value. A nano-mesh-like structure can be applied to the area of all sanded outer walls. At least one of the sanded external walls can be provided with a nano-mesh structure with parameters different to that of the nano-mesh applied on the other sanded external walls. The recesses located on the same sanded outer wall may be of the same type. The recesses located on different polished exterior walls may be of a different type. The recesses located on different ground outer walls may have a different number of contiguous recesses, it is preferred that they have the same number of contiguous recesses for the particular ground outer wall selected. The nano-mesh on the ground external walls, constituting a photonic structure, is preferably at the same time an identification tag.

Zmodyfikowaną strukturę powierzchniową wykonuje się przy użyciu lasera lub skupionej wiązki jonów, przy czym układ struktury fotonicznej i praca lasera są sterowane poprzez system komputerowy.The modified surface structure is made using a laser or a focused ion beam, with the arrangement of the photonic structure and the operation of the laser being controlled by a computer system.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia siatkę dyfrakcyjną przestrzenną naniesioną na kamień krystaliczny diamentowy, w postaci oszlifowanych ścian i struktury fotonicznej, Fig. 2 przedstawia na wykresie zależność współczynnika załamania światła ‘n’ od długości fali elektromagnetycznej ‘λ’ światła widzialnego, Fig. 3 przedstawia wzór siatki dyfrakcyjnej jako struktury fotonicznej okresowo powtarzający się, w powiększeniu, wykonanej na wszystkich ścianach zewnętrznych kamienia, za wyjątkiem jednej ściany o odmiennym wzorze, Fig. 4 przedstawia wzór siatki dyfrakcyjnej jako struktury fotonicznej okresowo powtarzający się, w powiększeniu, wykonanej na ścianie zewnętrznej kamienia posiadającej naniesiony odmienny od pozostałych ścian wzór z wybraniami w rodzaju stożka ściętego, a Fig. 5 przedstawia linię łamaną stanowiącą granicę ośrodków propagacji fali światła widzialnego, diament-powietrze, dla użytych struktur fotonicznych o wybraniach w rodzaju walca, natomiast Fig. 6 przedstawia linię łamaną stanowiącą granicę ośrodków propagacji fali światła widzialnego, diament-powietrze, dla użytych struktur fotonicznych o wybraniach w rodzaju stożka ściętego.The invention has been presented in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a spatial diffraction grating applied to a diamond crystalline stone in the form of polished walls and a photonic structure, Fig. 2 shows the dependence of the refractive index 'n' on the electromagnetic wavelength 'on a graph. λ 'of visible light, Fig. 3 shows a diffraction grating pattern as a photonic structure periodically repeating, on an enlarged scale, made on all outer faces of the stone, except one wall with a different pattern, Fig. 4 shows a diffraction grating pattern as a photonic structure periodically repeating , on an enlarged scale, made on the outer wall of the stone with a pattern different from the other walls with recesses in the form of a truncated cone, and Fig. 5 shows a broken line representing the boundary of the visible light wave propagation centers, diamond-air, for the photonic structures used and selected iach in the cylinder type, while Fig. 6 shows a broken line representing the boundary of the visible light wave propagation media, diamond-air, for the used truncated cone-type photonic structures.

Przykładowy kamień zawiera przestrzenną siatkę dyfrakcyjną naniesioną na kamień 1 o strukturze krystalicznej, jako zmodyfikowaną strukturę powierzchniową 2 tego kamienia 1, którym jest diament, czyli kamień transparentny o regularnym i jednolitym materiale wewnętrznym 3. Na obszarze wszystkich oszlifowanych ścian zewnętrznych 4 kamienia 1 naniesiona jest struktura 5 w rodzaju nanosiatki 5’, 5” dla odbicia i jednocześnie załamania fali elektromagnetycznej w materiale wewnętrznym 3 jako ośrodku propagacji tej fali elektromagnetycznej. Przekrój poprzeczny przez zmodyfikowaną strukturę powierzchniową 2 ma postać linii łamanej 6 o okresowo powtarzającym się kształcie fali prostokątnej 6’ dla prawie wszystkich ścian zewnętrznych 4, a zmodyfikowana struktura powierzchniowa 2 w postaci nanosiatki 5’, 5” stanowi liczne wybrania 7 w materiale wewnętrznym 3, przy czym między wybraniami 7 zachowany jest odstęp 8. Maksymalna szerokość pojedynczego wybrania 7 jest równa długości fali elektromagnetycznej λ, dla której współczynnik załamania diamentu n jest najmniejszy dla przypadku fali elektromagnetycznej światła widzialnego, przy czym obrano średnią długość fali, dla której przyporządkowano szerokość wybrania 7’ wynoszącą 600 nm. Wybranie 7’ ma postać nieliniowej, pojedynczo wyodrębnionej szlifem, punktowej pustki w kształcie bryły przestrzennej, przy czym sąsiadujące ze sobą wybrania 7’ są ułożone tak, że każde wybranie 7’ ma w swoim najbliższym sąsiedztwie sześć kolejnych wybrań 7’. Zachowany odstęp 8 między wybraniami 7’ jest nienaruszoną mechanicznie strukturą powierzchniową 2 tejże ściany zewnętrznej 4 kamienia 1,An example stone contains a spatial diffraction grating applied to a stone 1 with a crystalline structure, as a modified surface structure 2 of that stone 1, which is a diamond, i.e. a transparent stone with a regular and uniform internal material 3. The structure is applied on the area of all polished external walls 4 of the stone 1 5 of the 5 ', 5 "nano-mesh type for reflection and refraction of the electromagnetic wave in the inner material 3 as the propagation medium of this electromagnetic wave. The cross-section through the modified surface structure 2 is in the form of a broken line 6 with a periodically repeating square wave shape 6 'for almost all outer walls 4, and the modified surface structure 2 in the form of a nano-mesh 5', 5 "represents a plurality of recesses 7 in the inner material 3. there is a gap between the cutouts 7. The maximum width of a single cutout 7 is equal to the electromagnetic wavelength λ for which the diamond's refractive index n is the smallest for the case of an electromagnetic wave of visible light, with the average wavelength chosen for which the width of the cutout 7 is assigned 'of 600 nm. A recess 7 'has the form of a non-linear, individually cut out, point void in the shape of a three-dimensional solid, with adjacent recesses 7' arranged so that each recess 7 'has six consecutive recesses 7' in its immediate vicinity. The preserved distance 8 between the recesses 7 'is the mechanically intact surface structure 2 of the outer wall 4 of the stone 1,

PL 238 550 B1 a wyodrębnienie znajduje się w strukturze powierzchniowej 2 ściany zewnętrznej 4 kamienia 1. Wybranie 7’ w postaci bryły przestrzennej jest bryłą obrotową - walcem. Długość okresu wynosi maksymalnie 150% maksymalnej szerokości pojedynczego wybrania 7’ i dla przykładu wykonania zachowując tą regułę przybiera wartość 800 nm. Głębokość pojedynczego wybrania 7’, 7” wynosi maksymalnie tyle samo, co maksymalna szerokość tego wybrania 7’, 7”, najlepiej 75% tej wartości, co dla przykładu wykonania zachowując tę regułę oznacza zgodność dla wartości 400 nm. Struktura w rodzaju nanosiatki 5’ naniesiona jest w tej postaci na obszarze wszystkich oszlifowanych ścian zewnętrznych 4’ za wyjątkiem jednej 4”, dla której struktura nanosiatki 5” ma parametry odmienne względem nanosiatki 5’ naniesionej na pozostałych oszlifowanych ścianach zewnętrznych 4’. Ta wybrana jedna ściana zewnętrzna 4” posiada wybrania 7” w kształcie stożka ściętego o podstawie mniejszej skierowanej w głąb diamentu, natomiast każde z wybrań 7” ma tylko cztery sąsiadujące jemu najbliżej kolejne wybrania 7”, przy czym licząc włącznie z dalszym sąsiedztwem posiada osiem wybrań 7” sąsiadujących, natomiast linia łamana 6” ma postać fali trapezowej. Wybrania 7” mają głębokość 500 nm, średnica większej podstawy ma rozmiar 600 nm, a średnica mniejszej podstawy ma rozmiar 300 nm, natomiast okres powtarzalności nanosiatki 5 wynosi 700 nm. Wybrania 7 zlokalizowane na tej samej oszlifowanej ścianie zewnętrznej 4 są tego samego rodzaju. Wybrania 7’, 7” zlokalizowane na odpowiednio różnych oszlifowanych ścianach zewnętrznych 4’, 4” są odmiennego rodzaju, odpowiednio wybrania 7’ w rodzaju walców i wybrania 7” w rodzaju stożków ściętych. Wybrania 7’, 7” zlokalizowane na odpowiednio różnych oszlifowanych ścianach zewnętrznych 4’, 4” mają odmienną ilość sąsiadujących z nimi odpowiednio wybrań 7’, 7”, przy czym mają taką samą ilość sąsiadujących z nimi wybrań 7 dla konkretnie obranej oszlifowanej ściany zewnętrznej 4. Nanosiatka 5 na oszlifowanych ścianach zewnętrznych 4 stanowiąc strukturę fotoniczną jest jednocześnie znacznikiem identyfikacyjnym, gdyż efekt świetlny ścian zewnętrznych 4’ z naniesioną strukturą, tzw. brylancja, jest polepszony o 30% względem brylancji diamentu pozbawionego takiej struktury, natomiast ilość wydobywającego się z kamienia światła wybranej ściany zewnętrznej 4” o odmiennej strukturze fotonicznej jest mniejsza od reszty przykładowego diamentu, choć nadal polepszona o 10% względem diamentu bez struktury fotonicznej, czyli bez siatki dyfrakcyjnej przestrzennej.The isolation is in the surface structure 2 of the outer wall 4 of the stone 1. The recess 7 'in the form of a three-dimensional solid is a rotational solid - a cylinder. The period length is a maximum of 150% of the maximum width of a single cut 7 'and for the embodiment keeping this rule it becomes 800 nm. The depth of a single cavity 7 ", 7" is maximally the same as the maximum width of that cavity 7 ", 7", preferably 75% of this value, which for an exemplary embodiment with this rule is a match at 400 nm. The structure of the nano-mesh type 5 'is applied in this form on the area of all sanded external walls 4' except one 4 ", for which the structure of the nano-mesh 5" has parameters different from the nano-mesh 5 'applied on the other sanded external walls 4'. This selected one 4 "outer wall has cutouts 7" in the shape of a truncated cone with a smaller base pointing deeper into the diamond, while each cutout 7 "has only four consecutive cutouts 7" closest to it, with eight cutouts counting down to the next. 7 "adjacent, while the broken line 6" is in the form of a trapezoidal wave. The holes 7 "are 500 nm deep, the diameter of the larger base is 600 nm, the diameter of the smaller base is 300 nm, and the repeatability of the nanogrid 5 is 700 nm. The rebates 7 located on the same sanded outer wall 4 are of the same type. The rebates 7 ', 7 "located on the correspondingly different polished outer walls 4', 4" are of a different type, respectively the rebates 7 'in the type of cylinders and the rebates 7 "in the type of truncated cones. The rebates 7 ', 7 "located on the correspondingly different ground outer walls 4', 4" have a different number of contiguous rebates 7 ', 7 ", respectively, and have the same number of adjacent rebates 7 for the specifically polished outer wall 4 The nano-mesh 5 on the polished external walls 4, constituting a photonic structure, is also an identification marker, because the light effect of the external walls 4 'with the applied structure, the so-called brilliance, is improved by 30% compared to the brilliance of a diamond without such a structure, while the amount of light emitted from the stone of the selected outer wall 4 "with a different photonic structure is smaller than the rest of the exemplary diamond, although still improved by 10% compared to a diamond without a photonic structure, i.e. without spatial diffraction grating.

Claims

Patent claims

1. Stone containing a spatial diffraction grating, applied as a modified surface structure on the surface of a stone with a crystalline structure, especially a transparent stone with a regular and uniform internal material, where a nano-mesh structure is applied on the area of one polished external wall for reflection and / or refraction of the wave electromagnetic wave in the inner material as the propagation medium of this electromagnetic wave, where the cross-section through the modified surface structure has the form of a broken line with a periodically repeating shape, and the modified surface structure in the form of a nano-mesh constitutes numerous recesses in the inner material, with a distance between the recesses, while the recess is in the form of a nonlinear, individually separated by a cut, point void in the shape of a three-dimensional solid, whereby the adjacent recesses are arranged so that each recess has its closest adjacent to at least three consecutive recesses, preferably four or preferably six consecutive recesses, while the spacing between the recesses is the mechanically intact surface structure of this outer wall of the stone, and the recess is in the surface structure of the outer wall of the stone, characterized in that the maximum width of the recess (7 ) is equal to 150% of the electromagnetic wavelength λ, for which the refractive index of the propagation medium n is the smallest, where the electromagnetic wave is of the visible light wave type, or the ultraviolet wave type or the infrared wave type, with the nano-mesh (5) on ground walls external (4) constituting a photonic structure is at the same time an identification marker individualized for the stone.

2. A stone comprising a spatial diffraction grating, according to claim 1, 3. The method according to claim 1, characterized in that the recess (7) in the form of a three-dimensional solid is a rotational body, preferably in the form of a cylinder or a cone or a hemisphere, possibly a truncated cone or an incomplete hemisphere with a flat apex.

PL 238 550 B1

3. A stone comprising a spatial diffraction grating, according to claim 1, 3. The method of claim 1, characterized in that the recess (7) in the form of a three-dimensional solid is a solid, preferably regular, in the form of a cube or regular tetrahedron or cuboid or pyramid, or a truncated pyramid.

4. A stone comprising a spatial diffraction grating, according to claim 1, 1 or claim 2 or claim A broken line according to claim 3, characterized in that the broken line (6) of periodically repeating shape has the outline of a square wave or a trapezoidal wave, possibly with arcuate sides.

A stone comprising a spatial diffraction grating, according to claim 1, 1 or claim 2 or claim 3 or claim 4. The process of claim 4, characterized in that the period length is a maximum of 150% of the maximum width of a single cavity (7).

6. A stone comprising a spatial diffraction grating according to any one of the preceding claims. from claim 1 to claims 5. The recess according to claim 5, characterized in that the depth of the single recess (7) is maximally the same as the maximum width of the recess (7), preferably 75% of this value.

7. A stone comprising a spatial diffraction grating according to any one of the preceding claims. from claim 1 to claims 6. The method of claim 6, characterized in that the nano-mesh structure (5) is applied to the area of all ground outer walls (4).

A stone comprising a spatial diffraction grating according to any one of the preceding claims. from claim 1 to claims 6. The method of claim 7, characterized in that at least one of the ground outer walls (4 ") is provided with a nano-mesh structure (5") with parameters different to the nano-mesh (5 ") applied to the other ground outer walls (4").

9. A stone comprising a spatial diffraction grating according to any one of claims 1 to 6. from claim 1 to claims 8. The method of claim 8, characterized in that the recesses located on the same ground outer wall (4) are of the same type.

10. A stone comprising a spatial diffraction grating according to any one of the preceding claims. from claim 1 to claims The method of claim 9, characterized in that the recesses located on the different ground outer walls (4) are of a different type.

11. A stone comprising a spatial diffraction grating according to any one of the preceding claims. from claim 1 to claims 10. The recess as claimed in claim 10, characterized in that the recesses located on the different ground outer walls (4 ", 4") have a different number of contiguous cavities (7 ", 7"), preferably the same number for the selected ground outer wall (4).