一种基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法

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1.本发明属于激光标刻领域，涉及一种基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法。

背景技术：

2.荧光染料是指吸收某一波长的光后能发射出另一种大于吸收光波长的光的物质，它们大多是含有苯环或杂环并带有共轭双键的化合物，其发射荧光的原理是：当外界位于其荧光吸收波长范围内的激发光照射到荧光染料上时，染料内部的荧光基团吸收激发光，并在极短时间后发射出波长长于激发光的荧光。常见的荧光染料有双(三嗪氨基)型荧光增白剂vbl、二苯乙烯基联苯类荧光增白剂cbs、香豆素型荧光增白剂peb、异硫氰酸荧光素fitc等等，广泛用于造纸、纺织、洗涤剂、印刷等多个领域。
3.光致漂白是荧光染料在外界激发光的作用下发生光化学反应，进而永久不能发生荧光的现象。其原理是当激发光的能量密度大于荧光基团的饱和吸收阈值，荧光基团内部的共价键会断裂并与周围的其他分子进行反应，进而使荧光基团被破坏，使荧光染料永久不能发射荧光。
4.此外，现有的激光加工技术中，人们在利用激光标刻样品时，通常是让激光能量密度高于材料的烧蚀阈值，进而对材料进行烧蚀破坏，标刻出精度很高的图案，这些图案在日光环境下都是可见的。但是他们都忽略了小于材料烧蚀阈值的激光在激光标刻领域也有其独特的用途，对于含有荧光染料的材料，当满足激光能量密度小于材料烧蚀阈值，但是大于材料所含荧光染料的饱和吸收阈值，且激光波长位于荧光染料荧光吸收波长范围内这三个条件时，利用激光可以在材料上标刻出日光环境下肉眼和显微镜观察时均看不见的图案，这些图案只有在特定波长范围(荧光染料的荧光吸收波长范围)的光源照射下才可以被清晰地观察到。

技术实现要素：

5.针对现有激光加工技术的盲区，结合光致漂白效应，本发明提供一种基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，利用激光与荧光染料之间的光致漂白效应，我们可以在不对材料造成烧蚀破坏的前提下在含有荧光染料的材料表面标刻出精密的隐形图案，这些图案在日光环境下利用肉眼和显微镜观察时均看不见，但是在特定波长范围(荧光染料的荧光吸收波长范围)的检测光源照射下可以被清晰地观察到，并且长时间存放后在检测光源照射下图案仍清晰可见。
6.本发明原理：对于含有荧光染料的样品材料，当波长位于荧光染料荧光吸收波长范围的激光照射到样品上时，如果激光能量密度大于荧光染料饱和吸收阈值，荧光染料分子内部的荧光发射基团会吸收过多激光光子的能量，导致其化学键断裂，进而使这些荧光染料的荧光发射基团被破坏，永久无法产生荧光发射，即发生光致漂白反应。我们通过控制激光器的输出功率，使激光能量密度大于荧光染料的饱和吸收阈值，但是小于样品材料的烧蚀阈值，此时激光不会对材料造成烧蚀破坏，激光照射区域不会出现肉眼可见的烧蚀痕
迹，即可见光下标刻图案是隐形的，但是激光照射区域内的荧光染料已经发生了光致漂白反应。将标刻后的样品放到特定波长(波长位于荧光染料的荧光吸收波长范围内)的检测光源下观察时，标刻区域内因为光致漂白效应无法产生荧光，与周围产生荧光发射的样品形成亮度上的对比，使隐形标刻图案在检测光下清晰可见。
7.为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：
8.一种基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，其特点在于，包括：
9.步骤a、准备含荧光染料的样品；
10.步骤b、激光标刻：调节激光器的发射光束的波长，使该发射光束的波长在荧光染料的荧光吸收波长范围内，调节激光器的激光功率，使激光能量密度大于荧光染料的饱和吸收阈值，且小于样品基底的烧蚀阈值；
11.将所述样品置于激光标刻系统的焦点处，进行隐形图案的标刻。
12.进一步，还包括步骤c、检验标刻：对样品进行观察，在日光环境下观察不到图案，在检测光的照射下清晰可见图案，所述检测光的波长在荧光染料的荧光吸收波长范围内。
13.所述的本身就含有荧光染料的材料很多，比如市面上常见的a4打印纸、铜版纸、相纸、白织物、涂料等等。
14.所述的对于本身不含有荧光染料的材料的处理方法一般为荧光染料溶液浸泡法，即将材料浸泡于荧光染料溶液中1-3小时，然后取出材料使其自然晾干。
15.所述的标刻图案可以是任意的二维图案，比如说条形码、二维码、汉字、图画等等；标刻图案的精度由激光器的聚焦光斑大小决定，最小标刻精度可以达到2μm以下。
16.所述的激光器的激光脉冲宽度不限，可以是连续激光器，也可以是纳秒、皮秒、飞秒激光器。
17.所述的检测光源的发光原理不限，可以是led灯、汞灯、激光器等光源。
18.所述的检测光源在用于观察隐形图案时，必须保证输出功率较小，一般小于100mw，使照射到样品表面的光能量密度小于材料内荧光染料的饱和吸收阈值，防止未标刻区域发生光致漂白效应。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
20.利用激光与荧光染料之间的光致漂白效应，可以在不造成烧蚀破坏的前提下在含有荧光染料的材料表面标刻出精密的隐形图案，这些图案在日光环境下利用肉眼和显微镜观察时均看不见，但是在检测光源照射下可以被清晰地观察到，并且长时间存放后在检测光源下图案仍清晰可见。本发明的激光标刻隐形图案的方法不会烧蚀破坏材料表面，隐秘性强，并且标刻精度高、加工方法简便、无污染、成本低廉，十分适用于防伪和加密传输领域。
附图说明
21.图1是本发明的方法流程图。
22.图2是本发明实施例中采用的紫外激光加工装置示意图。
23.图3是本发明实施例1制作的隐形图案在正常光线下的效果图。
24.图4是本发明实施例1制作的隐形图案在紫外灯照射下的效果图。
25.图中：1、紫外激光器；2、第一反射镜；3、第二反射镜；4、扩束镜；5、第三反射镜；6、
第四反射镜；7、扫描振镜；8、聚焦场镜；9、样品；10、放置平台。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1：
28.根据图1基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法流程图，包括如下步骤：
29.步骤a、准备样品材料：取出在市面上采购的常见白a4打印纸，将其裁剪为50mm*50mm大小，因为白打印纸内部含有双(三嗪氨基)型荧光增白剂vbl(荧光增白剂是荧光染料的一种)，因而无需进行荧光染料溶液浸泡处理。
30.步骤b、进行激光标刻：将设计好的图案导入到振镜系统的标刻软件中，本实施例中标刻图案为“白日依山尽，黄河入海流。欲穷千里目，更上一层楼”二十个字，设置字体的填充方式为弓形填充，每个字体长度为1.5mm、高度为2mm，填充间距为50um，扫描速度为2000mm/s。由于荧光增白剂vbl的荧光吸收波长范围为320nm-400nm，采用发射波长为355nm的紫外皮秒激光器，设置出光模式为gate模式，设置出光功率为1w，重复频率为1000khz，将裁剪后的白a4打印纸放到标刻系统的焦点处，然后开始隐形图案的标刻；
31.步骤c、检验标刻效果：将样品纸张放到发射波长为395nm的紫外验钞led灯下进行观察，可以清晰地观察到肉眼看不到的隐形标刻图案。正常光线下图案不可见，如图3所示，在紫外灯照射下，标刻图案清晰可见，如图4所示。
32.本实施例中，标刻图案为汉字，实际应用可以是任意二维图案，比如英文、图画、二维码等。
33.本实施例中，采用白a4打印纸作为标刻图案的基底，实际应用中可以采用其他含有荧光染料的材料，比如铜版纸、相纸、白织物等等。
34.实施例2：
35.步骤a、准备样品材料：取出在市面上采购的白非致密多孔陶瓷片，切割成50mm*50mm大小，这种陶瓷片本身不含有荧光染料，且为多孔材料，适合于吸附荧光染料溶液中的荧光染料分子。将在市面上采购的荧光增白剂vbl溶于纯水中制备成饱和溶液，然后将陶瓷片放入到vbl溶液中浸泡，3小时之后取出陶瓷片并自然晾干。
36.步骤b、进行激光标刻：将设计好的图案导入到振镜系统的标刻软件中，本实施例中标刻图案为“siom”四个字母，设置字体的填充方式为弓形填充，填充间距为50um，扫描速度为2000mm/s。由于荧光增白剂vbl的荧光吸收波长范围为320nm-400nm，所以我们采用355nm的紫外皮秒激光器作为激光光源。打开紫外皮秒激光器，设置出光模式为gate模式、出光功率为0.5w、重复频率为1000khz，将步骤a中制备的陶瓷片放到标刻系统的焦点处，然后开始隐形图案的标刻；
37.步骤c、检验标刻效果：将标刻后的样品陶瓷片放到发射波长为395nm的紫外验钞led灯下进行观察，可以清晰地观察到肉眼看不到的隐形标刻图案，但是关闭紫外灯后，标刻图案不可见。
38.本实施例中，样品为陶瓷片，实际应用中可以是织物、橡胶、塑料等其他材料。
39.以上实施例中，荧光染料都为双(三嗪氨基)型荧光增白剂vbl，实际应用中可以是其他荧光染料，比如说二苯乙烯基联苯类荧光增白剂cbs、香豆素型荧光增白剂peb、异硫氰酸荧光素fitc等等。
40.以上实施例中，采用激光器为355nm紫外皮秒激光器，实际应用中可以采用连续激光器、纳秒激光器和飞秒激光器等等，激光发射波长根据荧光染料的荧光吸收波长范围确定。
41.观察隐形图案采用的是紫外验钞led灯，实际应用中可以采用汞灯、扩束后的激光、荧光显微镜等设备作为观测设备，只需保证检测光的波长在荧光染料的荧光吸收波长范围内即可。
42.经试验表明，本发明利用激光与荧光染料之间的光致漂白效应，可以在不造成烧蚀破坏的前提下在含有荧光染料的材料表面标刻出精密的隐形图案，这些图案在日光环境下利用肉眼和显微镜观察时均不可见，但是在检测光源照射下可以被清晰地观察到，并且长时间存放后在检测光源照射下图案仍清晰可见。本发明的激光标刻隐形图案的方法不会烧蚀破坏材料表面，隐秘性强，并且标刻精度高、加工方法简便、无污染、成本低廉，十分适用于防伪和加密传输领域。
43.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，其特征在于，包括：步骤a、准备含荧光染料的样品；步骤b、激光标刻：调节激光器的发射光束的波长，使该发射光束的波长在荧光染料的荧光吸收波长范围内，调节激光器的激光功率，使激光能量密度大于荧光染料的饱和吸收阈值，且小于样品基底的烧蚀阈值；将所述样品置于激光标刻系统的焦点处，进行隐形图案的标刻。2.根据权利要求1所述的基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，其特征在于，还包括步骤c、检验标刻：对样品进行观察，在日光环境下观察不到图案，在检测光的照射下清晰可见图案，所述检测光的波长在荧光染料的荧光吸收波长范围内。3.根据权利要求1或2所述的基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，其特征在于，所述含荧光染料的样品是指成分中含有荧光染料的样品，或经处理后含有荧光染料的样品。4.根据权利要求3所述的基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，其特征在于，所述成分中含有荧光染料的样品包括打印纸、铜版纸、相纸或白织物。5.根据权利要求3所述的基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，其特征在于，所述经处理后含有荧光染料的样品，具体处理方式为：将市面上常见的荧光染料制备成溶液，将材料浸泡于溶液中1-3小时，然后取出材料使其自然晾干。6.根据权利要求1所述的基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，其特征在于，标刻前，利用激光标刻系统的标刻软件绘制所需标刻图案。7.根据权利要求6所述的基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，其特征在于，所述图案为二维码、条形码、文字或图画，标刻图案的精度由激光器的聚焦光斑大小决定，最小标刻精度可以达到2μm以下。8.根据权利要求1所述的基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，其特征在于，所述激光功率为0.2w-5w。9.根据权利要求2所述的基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，其特征在于，在步骤c中，在日光环境下观察时可以用肉眼，也可以用显微镜作为辅助工具。10.根据权利要求2所述的一种基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，其特征在于，在步骤c中，所述检测光是led光源。汞灯、或激光器，检测光的功率小于100mw，使照射到样品表面的光能量密度小于材料内荧光染料的饱和吸收阈值。

技术总结

本发明公开了一种基于光致漂白的激光标刻隐形图案的方法，本发明利用激光与荧光染料之间的光致漂白效应，可以在不造成烧蚀破坏的前提下在含有荧光染料的材料表面标刻出精密的隐形图案，这些图案在日光环境下利用肉眼和显微镜观察时均不可见，但是在检测光源照射下可以被清晰地观察到，并且长时间存放后在检测光源照射下图案仍清晰可见。本发明的激光标刻隐形图案的方法不会烧蚀破坏材料表面，隐秘性强，并且标刻精度高、加工方法简便、无污染、成本低廉，十分适用于防伪和加密传输领域。十分适用于防伪和加密传输领域。十分适用于防伪和加密传输领域。