CN1351731A

CN1351731A - 基于光学的、使用窄带发射增益介质进行排序、编码和验证的方法和装置

Info

Publication number: CN1351731A
Application number: CN00805973A
Authority: CN
Inventors: N·M·拉万迪
Original assignee: Spectra Systems Corp
Current assignee: Spectra Science Corp; Spectra Systems Corp
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2002-05-29
Also published as: EP1222616A1; EP1222616B1; CA2361417A1; MXPA01008040A; CA2361417C; DE60045741D1; US20030108074A1; PT1222616E; DK1222616T3; WO2000046742A1; US6832783B2; CY1111395T1; AU2408900A; JP2002536214A; EP1222616A4; US6552290B1; ATE502352T1; ZA200106400B; AU770214B2; IL144791A0

Abstract

本发明的内容是一种用于验证、分类或计数凭证其中至少一种操作的方法和装置,以及包含在凭证内的安全结构和包含有安全结构的凭证。安全设备或结构(12)包括一种光学增益介质和一种带有将全部几何形状传递给结构的边界的结构,与结构的至少一种材料属性相结合,支持增益介质发射的电磁辐射增强,在一个实施例中,该增益介质促成产生至少一种增强窄带波长内电磁辐射发射的模式。该结构(12)适合的形状包括如丝状(12B)的细长普通圆柱形、球形、半球形、环形、立方形、其它多面体形以及圆盘形(12)。结构(12)最好包括至少一种可以提供分布式光学反馈的单片结构、多层结构(12C)或按尺寸排列的结构。在本发明的优选实施例中,安全设备(12)可以与货币、护照、彩票、可兑现证券、信用卡或借记卡,或任何想要进行验证、计数、编码、分类或核实中至少一种操作的基体或载体的组合在一起。

Description

基于光学的、使用窄带发射增益介质进行排序、编码和验证的方法和装置

发明领域

本发明主要涉及基于光学的、执行对象排序、编码和验证的方法和装置，例如基于纸质或聚合物的物体，包括货币、支票、可兑现票据、护照、遗嘱和其它凭证。

发明背景

在1995/09/05发布的、名为“具有提供类激光行为的强散射增益介质的光源”的美国专利号5,448,582中，提出了一种多相增益介质，包括发射相(如染色分子)和散射相(例如TiO₂)。在一些实施例中还可以提供第三种，基质相。适合用于基质相的材料包括溶剂、玻璃和聚合物。给出的增益介质在一定泵冲能量之上会呈现类激光光谱线宽迅速减小。提出的增益介质适合使用多波长码对对象进行编码，适合与包括聚合物和纺织品在内的基体材料一起使用。

在技术中已知的是使用不同安全技术试图来提供可以被快速验证的纸质和其它可印刷基体。一旦纸被验证，那么印刷在纸上的凭证或票据就可以设定为是真实的，或者至少通过了最低限度的真实性检验。水印、全息图、变色墨水等等在过去都使用过。一种现有的技术是在纸中放置安全线以阻止生产未授权的纸或验证已生产的纸和/或印刷在纸上的凭证或货币。在下列美国专利中可以找到这方面的参考资料：T.T.Crane申请的5,486,022“具有至少两种安全检测特性的安全线以及使用了该安全线的安全文件”；T.T.Crane申请的4,534.398“安全文件”；和F.G.Crane，Jr申请的4,437,935“在纸中提供安全特征的方法和装置”。

除了验证的问题外，随着货币、凭证和其它易弯基体(例如纺织品)的使用还产生了其它问题，例如在使用自动排序和计数机器的时候。在这样的应用中，排序和/或计数机器应该能够准确区分不同种类的票据，尽管是在票据以相当高的速度移动的实时环境中。

在荧光或磷光材料的传统使用中也产生了一个问题。这个问题涉及光输出的饱和度行为，这是这些材料的特色。由于这种饱和度行为，其输出的信噪比属性是递减的，特别是对于非接触基体处理。

对于上面讨论的不同问题的一个非常好的解决方案是提供一个安全结构，加入到形成凭证、货币、可兑现票据等等的基质中，其中结构的作用是验证基体，并增强基体的可数性和/或可分类性。该安全结构应该要体积小，以使它能够加入到基体之中，成本低，呈现非饱和性或基本非饱和性行为以提供具有高信噪比输出的结构和可以用在非接触的、高速模式操作下的能力。依照本发明技术的，基于光学的安全结构将允许进行这样的非接触的、高速模式的操作。

发明目的和优点

因此本发明的第一个目的和优点是提供了一种改进的，基于光学的验证物体的方法和装置，还可以对物体进行计数和分类，例如凭证、货币、可兑现票据和其它包含有标记的基体。

本发明的另外一个目的和优点是提供一种可以用在薄基体材料中的安全结构，例如基于纸质或聚合物的薄片状基体材料。

本发明的另外一个目的和优点是提供一种凭证或凭证基体，例如纸张或聚合物，在其上印刷或构造，使得凭证或基体可以真正的，被准确清楚的验证，以及具有增强的计数和分类的性质。

本发明的另外一个目的和优点是提供一种模式或放大自发射(ASE)结构，考虑避开作为传统荧光或磷光材料特色的传统输出饱和度行为，因此极大的增强了基体输出的信噪比特性，顾及了很好改进的、鲁棒性非接触处理。

本发明的另外一个目的和优点是在同质或非同质加宽的介质中提供一种放大自发射(ASE)结构，顾及了基体很好改进的，鲁棒性非接触处理，例如那些构成货币和其它凭证的基体。

发明概述

本发明克服了前述及其它问题，依照本发明实施例的方法和装置实现了本发明的目的和优点。

这里提出的是用于凭证验证、分类或计数其中至少一个的方法和装置，以及包含在凭证之中的安全结构和包含安全结构的凭证。装置包括激光或一些其它光源来照射全部或部分凭证。凭证包含基体和至少一种位于基体内或基体上的安全结构或设备。

依照本发明的技术，在一实施例中安全结构包括连接到结构的增益介质，支持生成至少一种模式的电磁辐射。

依照本发明的技术，在另外一个实施例中安全结构包括连接到结构的增益介质，在一个或多个方向上有一维或一段生成和支持放大自发射(ASE)。

依照本发明的安全设备包括一个结构，该结构边界的几何形状和材料特性(例如折射率)支持增强的电磁辐射，该辐射是从也是包含在设备之中的增益介质发出的，如染料和/或半导体粒子。可以提供这种结构来支持生成至少一种模式来增强窄带波长之内的电磁辐射。该结构适合的形状包括，但不只局限于，如丝状的细长普通圆柱形、球形、半球形、环形、立方形、其它的多面体形以及圆盘形。结构可以是单片结构、多层结构或同一类型的组合体。容纳结构的首选安全设备的尺寸要与其放置的基体或载体的尺度一致，例如那些用于信用卡、借记卡和驾照一类识别卡的纸张或薄聚合物。

激光源会输出预设波长的光来激励增益介质。包含激光器的装置还包括响应至少一个预设波长的至少一个光电检测器或一组光电检测器，以及判决逻辑电路，用于指出包含安全设备的凭证的真实性，凭证计数或凭证分类之中的至少一种。判决逻辑电路的运行至少部分基于检测到至少一种预设波长或缺少至少一种预设波长。此外，真实性的判决过程可以包含信号的谱线宽度和其它光谱特性，例如其导数。这些参数可以用来进一步确认激光发射信号的存在。

如这里使用的，凭证可以是货币、护照、彩票、可兑现证券、信用卡或借记卡、驾照或职员标记卡一类的标识卡，或任何需要验证、计数、信息编码、分类和/或核实的基体或载体。

附图简述

结合观看附图，在随后本发明的详细描述中会更为清楚的发现上面列出的和其它的本发明特性，在附图中：

图1举例说明了嵌入纤维或线的凭证，在由包含一种或多种特征波长的激光等光源照射时发射出窄带光线；

图2A举例说明了依照本发明技术的安全结构的圆片实施例；

图2B举例说明了依照本发明技术的安全结构的细丝或纤维实施例，适合使用图1给出的凭证线；

图2C举例说明了依照本发明技术的安全结构的分布式反馈(DFB)实施例；

图2D举例说明了如图2A中圆片的顶视图或纤维的端视图，其中圆片或纤维是分扇S区的，能够输出多种波长；

图2E举例说明了如图2A中圆片的顶视图或纤维的端视图，其中圆片或纤维是放射状结构，使其能够输出多种波长；

图3是安全结构实施例的放大截面图，该结构也适合使用图1给出的凭证线。

图4是图3安全结构另外一个实施例的放大截面图；

图5描述了图2A-2E实施例中任意一个的所选染料在光谱迅速下降之前(B)和之后(C)的发射峰值。

图6给出了包含大量聚合纤维成分的线的特征发射峰值，每个纤维在特征波长上发射；

图7是一个曲线图，说明了许多可以依照本发明用来构成增益介质的适合染料；

图8是凭证验证系统的简化方框图，该系统是本发明的一个方面；

图9是凭证分类和计数系统的简化方框图，该系统是本发明的一个方面；以及

图10描述了发射波长信号幅度，有助于解释本发明的实施例，其中使用了波长和信号等级幅度编码。

发明详述

上面提到的美国专利号5,448,582由Nabil M.Lawandy在1995/09/05发布，名为“具有提供类激光行为的强散射增益介质的光源”，在这里全面结合其内容供参考。另外在这里全面结合以供参考的是美国专利号5,434,878的内容，由Nabil M.Lawandy在1995/07/18发布，名为“具有掺杂了添加剂的半导体毫微晶片以及光散射体的光增益介质”。

本发明使用的安全结构包含有能够呈现类激光行为的光增益介质(举例来说，当由激励能量源激励时以窄带波长发射)。

但是，依照本发明技术的安全结构与上面参考的美国专利号5,448,582不同，它不需要散射相或散射点来产生窄带发射。相反，因被照射而产生放大自发射的光增益介质受限于，例如尺寸制约、结构制约、几何制约和/或折射率不匹配于发射窄带辐射。换句话说，尺寸制约、结构制约、集合制约和/或折射率不匹配于发射窄带辐射被用来在安全结构中提供至少一种模式，该模式对至少一种窄带波长的关注要超过其它波长，使以窄带波长形式的发射能量呈相长增长。在另外一个实施例中，尺寸制约、结构制约、集合制约和/或折射率不匹配于发射窄带辐射被用来产生放大自发射(ASE)，作为对照射步骤的响应。应该要提到的是，它在模式之内可以提供ASE，但提供ASE不需要有一个模式。一般而言，ASE可以在同质或异质加宽介质内产生。

因此安全结构包括一个基质相，如聚合物或溶剂，它在关心的波长处是充分透明的，以及电磁辐射放大(增益)相，如染料或稀土离子。放大(增益)相依照本发明的技术放置在结构中，其中结构具有预设的尺寸、结构特性或几何形状，和/或其折射率与要在其中使用的基体的折射率不同。结构有助于限制，或者是引导放大(增益)相的电磁辐射输出，可以支持生成至少一种模式，或生成放大自发射(ASE)。哪一种情况下的输出都可以限制在窄带波长的范围之内，例如宽度是几个纳米，在这里看成是窄带发射。基质相可以包括形成安全结构的材料，例如聚合体圆片包括电磁辐射放大(增益)相。

在这里本发明用于确认凭证、货币、支票、彩票和其它类似的，典型在纸质基体或内含纸质或类似纸质的基体上提供的凭证，以及对此类基体自动计数和/或分类的方法和装置。出于本发明的目的，“安全设备”或“安全结构”是指一种依照本发明制作的物体，其尺寸适于放置在想要的基体材料中，例如货币或护照的纸张。不管物体是用于验证基体、对基体计数、对基体分类，还是验证、计数、分类的任意组合，为方便起见，这里仍将物体称为“安全结构”。

凭证或基体安全安全结构或设备可以是，但不局限于，货币、护照、彩票、可兑现证券、信用卡或借记卡、驾照或职员标记卡一类的标识卡，或是任何需要验证、计数、编码、分类和/或核实的基体或载体。

本发明还可以支持公共确认，例如目视检查，支持基于机器的确认，例如使用光源和一个或多个适合的光检测器。因此，可以使用两级验证。

图1举例说明了本发明的第一个实施例。包含任何纸质、内含纸质或聚合体的基体10的凭证包括大量嵌入其中的细长体或线12，12中包含有放置纤维或聚合纤维一类的主材料，该材料涂有或注入染料或一些其它能够增强光的材料。线12具有与激光行为一致的光电属性；也就是输出辐射在输入激励能量超过门限处既出现光谱线宽迅速下降，又出现时间迅速下降。作为对激光照射的响应，例如ND：YAG激光器14发出的倍频光(即532nm)，线12发射出波长为λ的光，这是铬染料或其它包含被照射的线12的材料的特征。为了增强线12的发射，可以使用反射覆层。光检测器14可以包含波长选择滤波器，用来检测在波长λ处的发射。倘若发射处于人的可视光谱范围之内还可以目视检测。在任一种情况下，在特征波长λ处检测到发射表示凭证是真正的凭证，即是印刷在含有线12的基体10之上的凭证。这是假定只有真正的凭证能印刷在这样的基体上，而想要伪造此凭证的人无法得到基体材料。货币是一特定示例。

图7举例说明了一些适合实行本发明的典型染料，以波长的形式给出了它们的相对能量输出。本发明的技术不只局限于使用图7列出的染料。

图2A是小圆盘形状的安全结构，还被称之为圆片12A的放大正视图。举例来说，圆片12A是圆柱形，其直径(D)和厚度(T)要小于放置圆片的基体材料的尺寸。举例来说，美国货币厚度大约为100微米，那么D和T都要远远小于100微米。另外，依照本发明，T和周长πD的值可以选为想要的发射波长的函数，例如半波长或半波长的倍数。要作到这一点，圆片12A要包括聚合物、玻璃或其它一些适合的，包含如图7给出的染料之一的光放大(增益)材料的材料。圆片12A的一个面可以加上反射覆层。最好还要圆片12A的反射率(n)不同于想要的基体材料的反射率(n’)(即，圆片12A与周围的基体反射率不同)。

还可以设计圆片使穿过厚度T的ASE产生窄带发射，或使ASE沿圆周这样的内部反射路径产生窄带发射。

图2B给出了安全结构的纤维实施例，其中纤维12B的直径(DM)值是想要的发射波长，如半波长或半波长倍数的函数。与在图2A圆片实施例中一样，纤维12B由聚合物、玻璃或其中一些适合的、如图7给出的染料之一的材料组成。此外同样最好还是纤维12B的反射率(n)不同于想要的基体材料的反射率(n’)，使得纤维12B与周围基体的折射率不同。在此实施例中，染料发出的电磁辐射局限于纤维并在其中传导。至少部分由于纤维12B的直径，其对一窄带波长的关注超过其它的波长，相对于其它波长，在这个波段的波长能量随时间而增加。优选直径DM要做成所选染料发射波长的函数。当包含在纤维12B基质相中的染料由外部激光源激励时，最终结果是来自纤维12B的窄带发射。

图2C给出了安全结构的DFB实施例，其中周期性结构由沿着DFB结构12C的长度交替变化为第一和第二反射率(n₁和n₂)的区域组成。优选选择是n₁不等于n₂，而且都不等于n’。每个区域的厚度可以是想要发射波长的四分之一，或者是四分之一波长的倍数，以提供一种用于想要发射波长的模式。

图5给出了可能由具有预设大小、结构特性或几何形状，和/或反射率与想要在其中使用安全结构的基体反射率不同的安全结构得来的，在图2A-2B任一个中的选定染料在光谱下降之前(B)和之后(A)的发射波峰。

一般来说，对于高增益、同质加宽介质的放大自发射，通用表达式是(对于圆柱形几何形状)：

Δλ/Δλ₀＝1/sqrt(2gL)其中g是增益(例如200cm^-1)，L是形成窄带发射的长度。结构可以包括传导模式，而该模式会有助于引导电磁辐射，但对于产生ASE不是必须的。对于染料，增益g大约为200cm^-1，因此对于线宽度迅速下降为十分之一(Δλ/Δλ₀＝0.1)，L大约为2.5mm。

图2D举例说明了与图2A中一样的圆片12A的俯视图，或纤维12B的端视图，其中圆片或纤维是分扇区的(例如四个扇区)，能够输出多个波长(λ₁-λ₄)。图2E举例说明了与图2A中一样的圆片12A的俯视图，或纤维12B的端视图，其中圆片或纤维是放射状结构，以便能够输出多种波长。如在下面将要进一步详细描述的，这样的多种波长实施例有助于进行信息波长编码。图3举例说明了一个结构实施例，其中一个或多个区域(例如3个)22、24、26每个包括，例如，选定用来提供想要波长λ₁、λ₂、λ₃的一种或多种染料中的一种或其与一种或多种稀土的组合。下面的基体，例如薄透明聚合物层28，叠放在反射层30上。反射层30可以是薄层金属片，可以是波浪状或其中想要的形状或图案。结构可以切割成薄条，用来形成图1中给出的线12。在由，例如UV灯提供的低等级照射下，可以根据染料和/或磷粒子的特征宽带荧光发射(例如，几十纳米或更多)来提供公共验证。但是，当由激光器14激励时，结构发射在每个波长λ₁、λ₂、λ₃处的特征窄带发射(例如，小于大约10nm)。使用检测器或检测器组16与合适的光带通滤波器(也请参看图8)的组合可以检测到这三种波长的存在，因此还提供了包含此结构凭证的机器可读验证。另一种方法是，可以使用频谱分析仪来检测频谱，例如带有例如光楔形体的单片电路检测器阵列。然后分析频谱分析仪的输出以检测λ的峰值及其导数，并与预设的查找表相比较。

如果需要，区域22、24、26可以使用合适的覆层32。覆层32可以提供UV稳定性和/或安全不受磨损。薄透明UV吸收聚合物覆层是一个合适的例子，如是染料、涂料和荧光粉。

对于使用了覆层32的情况，覆层可以选择为是或包含荧光材料。在这种情况下，覆层32可以用UV光源激励以提供公共验证功能。

线12可以包括纤维，如尼龙-6、尼龙6/6、PET、ABS、SAN和PPS。例如，所选的染料可以从吡咯亚甲567、若丹明590氯化物和若丹明640高氯酸盐中选择。所选的染料可以与所选的聚合树脂混合，然后挤压。另一种形成纤维的合适方法是湿纺法。适合的染料浓度是2×10^-3M。一种形成纤维12的合适方法是在250℃挤压，随后在水中冷却。当在纸质基体中使用时，直径依照所选发射波长相应的依尺寸排列。合适的激励(泵12)影响范围为大约5mJ/cm²或更多。各包含一种不同的染料的两种或更多种纤维可以编在一起或连接在一起以提供一种具有两种或更多波长发射的复合纤维。另一种做法是，可以使用图2D中分扇区的实施例或图2E中放射状的实施例。用这样构造的简单片状纤维制成圆片12A应该是可以实现的。

例如，图6说明了来自尼龙纤维编织对的发射，在倍频Nd：YAG激光器12的532nm处激励，包含有发射波峰分别在552nm和615nm的2×10^-3的吡咯亚甲567和若丹明640高氯酸盐。通过以不同编织或组合纤维的组合改变掺杂染料的纤维类型，得到的复合纤维或线12能够将信息光编码到纸或其它主材料之中。例如，货币可以通过选择线的发射波长来以其币值进行编码。例如，100美元纸币发出第一特征光学信号，而50美元纸币发出第二特征光学信号。特征发射线可以以比图6中给出的更小的间隔排列。例如，因为单独的一个纤维的发射线大约为4nm，所以一个或更多其它的发射波长可以以大约6nm的间隔排列。

染料可以通过聚合物的染色过程与活性部位和凝结在活性部位的特制染料混合起来。

提供具有两种染料的单纤维也在本发明范围之内，其中一种染料的发射用来激励另外一种染料，只有第二种染料的发射是可见的。

在一个实施例中，若丹明640在532nm处激励。若丹明640发射的620nm的辐射为尼罗河蓝(Nile blue)吸收，随后它在700nm处发射。

图4说明了一种实施例，其中去掉了图3中的聚合物基体28，区域22、24和26直接排列在有图案的金属或其它材料的反射层30上。在这种实施例中，令人赞赏的是使用了增益介质区域的厚度调制，使得如果包含了多种染料就能产生多种波长。

图8说明了一种合适设备的实施例，用于根据本发明的一个方面来验证凭证。验证系统50包括具有脉冲输出光束14a的激光器14，例如倍频Nd：YAG激光器，但不只限于此。光束14a直射到镜片M，然后到要验证的凭证10。凭证10可以是货币，放置在支撑物52上。镜片M和支撑物52中的一个或两者应能够移动，使光束12a扫描凭证10。假设凭证10包含线12和/或圆片12A，或任意其它提出的安全结构实施例，产生一种或多种发射波长(例如，λ₁～λ_n)。可以为每种感兴趣的发射波长提供合适的带通滤波器F。每个滤波器F₁～F_n的输出通过自由空间或光纤连接到相应的光电检测器PD₁～PD_n。PD₁～PD_n的电输出连接到带有输出54a的控制器54，输出54a用于表示凭证10是否是真实的。只有当发现存在所有的预期发射波长，也就是只有当PD₁～PD_n各输出超过某一预设门限的电信号才表示凭证10是真实的。进一步可以考虑预期的检测波长强度和/或各个波长一个到另一个的强度比。

支撑物52可以是将凭证传送过固定或扫描光束12a的传送带，这是可以实现的。还可以实现的是，可以用棱镜、楔形体(wedge)或光栅来替代各个滤波器F₁-F_n，在这种情况下光电检测器PD₁～PD_n间隔排列以截获棱镜或光栅的特征波长输出。光电检测器PD₁～PD_n也可以由一个或多个区域图像阵列来替代，例如硅或CCD图像阵列，如图9所示。在这种情况下，如果存在所有预期的发射波长，那么要求在某些预设的像素位置照射阵列。假设光电检测器或图像阵列对感兴趣的波长给出了合适的电信号响应。但是，如上所示，发射波长可能是紧密排列的(例如，发射波长可以以6nm的间距排列)。这使得很多发射波长处于所选探测器的最大响应波长范围之内。

控制器54可以与激光器14、镜片M和其它诸如替换了固定滤波器F₁-F_n的可旋转楔形体的系统组件相连接，控制这些不同系统组件的操作。

图9是凭证分类和计数系统50的简化方框图，是本发明的另一个方面。图9中的装置类似于图8中的装置，但控制器54’输出一个计数信号54a’，还可以提供一个信号给分流机械装置53，将要检查的凭证转移到预设位置。在这个实施例中，假定支撑物52是一个传送带和一些类似的装置，将凭证传送通过固定或扫描光束12a。假定只对一种凭证进行计数，如果只使用了一种计数功能，那么需要用到一个波长(随后是一个光电检测器)的最小值。在分类情况下，如果假定想要的凭证发出预设波长，而其它凭证根本不发出或发出不同的波长，那么也可以使用一个波长。在这种情况下不管是否存在预期的发射都会触发分流机械装置53。

图9也给出了由包含像素53a在内的单片区域阵列53替换了图8中的离散光电检测器的情形。阵列53与一些将输出频谱间隔分布到阵列之上的设备，例如楔形体55，相结合提供了一个组合了控制器54’的频谱分析仪。即，检测由凭证10发出的频谱(SP)，转换成电信号供控制器54’中的软件进行分析。例如，识别频谱的波峰，通过它们在阵列53中的位置与特定波长关联起来。然后使用由波长波峰(和/或一些其它的光谱特征，例如波峰宽度、波峰间隔或其导数)传递的信息验证凭证10，检测凭证的类型或确定一些其它关于凭证的信息，和/或计数和/或分类凭证。

可以实现的是，图8和图9的实施例可以组合到一个验证、计数和分类凭证的装置中，例如货币或金融装置。

进一步根据本发明的学说，通过严格二进制波长域码或通过还包括信号幅度的方法可以完成对不同基体的编码。

在二进制方案中，可以使基体充满超出M个激光波长的整个调色板之外的N个激光波长的组合。存在特定波长的信号表示为“1”，而不存在就表示为“0”。如果有M个波长选择可用，例如以纤维12B或圆片12A的形式，那么共有2^M-1个可能的编码。例如，M＝3个不同波长的纤维可以产生7个不同的编码。这种方法可以，例如，用来对美国货币的现有币值进行编码。

此外，如果在任意给定基体中一次只包含N个波长，那么存在

种可能性，其中！表示阶乘。例如，M＝5从中可选择的不同激光波长有：

Z₅ ¹(每个基体中一种纤维)＝5

Z₅ ²(每个基体中两种纤维)＝10

Z₅ ³(每个基体中三种纤维)＝10

Z₅ ⁴(每个基体中四种纤维)＝5

Z₅ ⁵(每个基体中五种纤维)＝1

通过考虑将更多的位与每个波长相关联可以增加编码容量。这可以通过考虑每个波长的信号等级来达到，如图10对特定波长λ0所示。信号级别可以由各个基体中的各个编码发射器的强度控制。例如，在给定λ₀处生成的三位如下：

“0”，在λ₀处没有发射

“1”，在信号强度＝A时有发射

“2”，在信号强度＝B＞A时有发射，

其中A是所选对应给定激光发射器负载的信号级别。

还比如，在λ₀处编码的信息可以如下：

“0”，在λ₀处没有发射

“+1”，在信号强度＝A时有发射

“-1”，在信号强度＝B＞A时有发射。

如讲述的那样使用模3的方案，M个不同波长可以获得3^N-1个离散码。如果选择了Y个离散幅度等级，那么有Y^N-1个选择。在模多级码方案中，对于M＝3，Y＝3，与严格二进制情况下的7个相比，总共提供了26个码。

本发明的学说一般包括使用安全结构，安全结构可以考虑是多种成份的材料，聚合物细丝和纺织线一类的纤维以及可以放置到纸质或其它基体中的圆盘状或多边形状的圆片，并包含具有光发射体的覆层。

因此本发明提出了一种安全结构，包括一种连接到支持产生至少一种电磁辐射模式的结构的增益介质。

本发明还提出了一种安全结构，包括一种连接到具有一维或一段在一个或多个方向上产生和支持放大自发射(ASE)的结构的增益介质。

本发明还提出了一种安全设备，包括一种光学增益介质和一种带有将全部几何形状传递给结构的边界的结构，与结构的至少一种材料属性相结合，支持增益介质发射的电磁辐射增强，该增益介质促成产生至少一种增强窄带波长内电磁辐射发射的模式。该结构适合的形状包括如丝状的细长普通圆柱形、球形、半球形、环形、立方形、其它多面体形以及圆盘形。结构最好包括至少一种可以提供分布式光学反馈的单片结构、多层结构或按尺寸排列的结构。在本发明的优选实施例中，安全设备构成了货币、护照、彩票、可兑现证券、信用卡或借记卡，或任何想要进行验证、计数、编码、分类或核实中至少一种操作的基体或载体的一部分。

因此，虽然已经关于本发明的优选实施例部分给出和描述了本发明，但在本领域的那些熟练人员在不脱离本发明范围和原理的情况下，对其中的形式和细节进行更改是可以理解的。

Claims

1.一种与基体共同使用的设备，包括一种连接到一种结构的增益介质，该结构支持产生至少一种电磁辐射模式。

2.一种与基体共同使用的设备，包括一种连接到一种结构的增益介质，该结构的一维或一段在一个或多个方向上产生和支持放大自发射(ASE)。

3.一种安全设备，包括一种光学增益介质和一种带有将所有几何形状传递给该结构的边界的结构，安全设备与该结构的至少一种材料属性相结合，通过促成产生至少一种增强窄带波长电磁辐射发射模式来支持由增益介质发出的电磁辐射增强。

4.如权利要求3中的安全设备，其中适合该结构的形状包括如丝状细长普通圆柱形、球形、半球形、环形、立方形、其它多面体形以及圆盘形。

5.如权利要求3中的安全设备，其中该结构包括单片结构、多层结构或按尺寸排列的结构中的至少一种，这些结构可以供给用于产生一种模式的分布式光学反馈。

6.如权利要求3中的安全设备，其中该结构是货币、护照、彩票、可兑现证券、信用卡或借记卡，或任何想要进行验证、计数、编码、分类或核实中至少一种操作的基体或载体的一部分。

7.一种处理凭证的方法，包括下列步骤：

提供要验证的凭证，凭证包括一个基体和至少一个安全结构，安全结构包括一种光学增益介质和一种用于(a)促使产生至少一种模式或(b)支持放大自发射中至少其中之一的结构；

使用所选灯光照射至少一部分凭证以激励增益介质；

检测凭证作为对照射步骤响应而发出的至少一种波长的发射；以及

只有检测到发射并确定是类激光发射才判定凭证是真实的。

8.如权利要求7中的方法，其中提供凭证的步骤提供具有安全结构的凭证，安全结构包括作用与有益于产生至少一种模式的结构一样的聚合物层。

9.如权利要求7中的方法，其中安全结构包括至少一条细丝。

10.如权利要求7中的方法，其中安全结构每个都包括一种多层结构。

11.如权利要求10中的方法，其中多层结构的一层包括一个反射层。

12.如权利要求10中的方法，其中多层结构的一层包括一个有图案的，调整了下面一层厚度的反射层。

13.如权利要求10中的方法，其中安全结构的反射率不同于基体的反射率，这样安全结构与基体未变址(non-indexed)地匹配。

14.如权利要求7中的方法，其中安全结构包括至少一种细丝，其中发射的波长是细丝直径的函数。

15.如权利要求7中的方法，其中安全结构包括一个圆片，其中发射的波长是圆片厚度的函数。

16.如权利要求7中的方法，其中安全结构包括一个包含交替区域的DFB结构，其中发射的波长是各个区域厚度的函数。

17.一种安全结构，包括一种光学增益介质和一种其一维或一段在一个或多个方向上产生和支持放大自发射(ASE)的结构，增强在窄带范围内的电磁辐射发射。

18.如权利要求17中的安全结构，其中该安全设备是货币、护照、彩票、可兑现证券、信用卡或借记卡，或任何想要进行验证、计数、编码、分类或核实中至少一种操作的基体或载体的一部分。

19.用于验证、分类或计数凭证其中至少一种操作的装置，包括：

一个用于照射所有或部分凭证的光源，凭证包括一个基体和至

少一个放置在该基体之中或之上的设备，该设备包括一种光学

增益介质和一种用于(a)促使产生至少一种模式或(b)支持

放大自发射中至少其中之一的结构，输出至少一个预设发射波

长，该光源输出具有预设去激励该增益介质的波长；

至少一个检测器响应该预设发射波长，检测至少一种预设发射波长

的存在；以及

判定逻辑，有一个输入，连接到该至少一个检测器的输出，至少部

分基于检测至少一个预设发射波长来至少表明一个凭证验证，至少

部分基于检测到至少一个预设发射波长或基于至少一个预设发射

波长存在来对凭证计数，或至少部分基于检测到至少一个预设发射

波长或基于至少一个预设发射波长存在来对凭证分类。

20.如权利要求19中的装置，其中该检测器包括很多离散光电检测器。

21.如权利要求19中的装置，其中该检测器包括一个区域阵列。

22.如权利要求19中的装置，其中该检测器包括一个频谱分析仪。

23.如权利要求19中的装置，其中该设备发出单一波长。

24.如权利要求19中的装置，其中该发射发出多个波长。

25.一种与基体一起使用的设备，包括一种与支持产生至少一种用于电磁辐射的模式的结构的增益介质，其中该结构包括单片结构、多层结构或按尺寸排列结构中的至少一个，为产生至少一种模式提供分布式光学反馈。

26.一种处理凭证的方法，包括下列步骤：

提供一种凭证，凭证包括一个基体和至少一个包括一个光学增

益介质和一个连接到该增益介质，用于(a)促使产生至少一种

模式或(b)支持放大自发射至少其中之一的结构的设备，该设

备对通过来自所述设备的一个辐射变得明显的信息进行编码；

使用所选灯光照射至少一部分凭证以激励增益介质；

检测凭证作为对照射步骤响应而发出的至少一种等级波长的发

射；以及

由所检测的发射获得在该设备中编码的信息。

27.如权利要求26中的方法，还包括一个判定步骤，只有当检测到发射并确定是类激光发射时才判定凭证是真实的。

28.如权利要求26中的方法，还包括一个根据获得的信息转而进一步处理凭证的步骤。

29.如权利要求26中的方法，其中信息只使用波长编码进行编码。

30.如权利要求26中的方法，其中信息使用波长编码和信号等级编码进行编码。

31.如权利要求26中的方法，其中信息使用单级编码进行编码。

32.如权利要求26中的方法，其中信息使用多级编码进行编码。