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七、光学性质
A. 光的本质：
1) 波粒二象性，电磁波—横波
2) 波长—λ光谱色 （400-700nm 可见光） 3) 振幅—A光的强度 4) 粒子性 E=1240/λnm
5) 可见光波长 3.26-1.59ev
B. 颜色
（400-430 紫）（430-490蓝）（490-550绿）（550-590黄）（590-630橙）（630-700红） 单位：1nm=10-9m
自然光：在垂直光波传播方向的平面内，沿各个方向振动且振幅相等的光
平面偏光：在垂直光波传播方向的某一固定的平面内，沿一固定的方向振动的光波
C. 折射，折射定律，折射率
1) 折射：是从一种介质进入另一种具有不同光密度的介质时，传播方向发生改变现象。当光线
从光疏介质进入光密介质时，光线偏向法线折射，折射角小于入射角。
2) 折射定律：入射线，法线，折射线在同一平面内，对于给定的任何2种相接触的介质及给定
波长的光来说，入射角的正弦与折射角的正弦之比为一个常数。 3) 折射率=Sin入射角/Sin折射角
4) 折射率也可表示为光在空气中的速度与某材料中的速度之比 5) RI:光在空气中的速度除以光在某材料的速度
D. 反射，反射定律，反射率
1) 反射：光在遇到不同介质的分界面时补折回的现象 2) 入射线：反射线与法线在同一平面 3) 入射角=反射角
4) 反射率：指光在垂直介质分界面入射时，反射光的强度与入射光强度的百分比 5) R=（RI-1）2/（RI+1）2 钻石：17%
全内反射
1) 当光线从光密介质进入光疏介质时，折射线偏离法线方向，折射角大于入射角，当折射角为90
°时的入射角称为临界角；所有大于临界角的入射光线不能进入第二种介质而在原介质内发生反射，遵循反射定律：入射角等于反射角，光线将全部返回到光密介质而发生光的全内反射。
2) 人们利用这一特性制造出许多光学仪器，也包括折射仪。折射仪的工作原理正是建立在全内反射
的基础上，它是用来测量宝石的临界角，并把读数直接换算成折射率的一种仪器。折射仪棱镜永远是光密介质，宝石永远是光疏介质。
3) 在宝石加工中也会用到全内反射，例如钻石的标准圆多面体琢型，是按照理想比例切工，使光进
入宝石发生全内反射，产生最大亮度和火彩。
各向同性 ① 等轴晶系和非晶质结构的宝石，允许光线朝各个方向以相同的速度通过，这类宝石材料在任意方
向上均表现出相同的光线（各向同性），只有一个折射率值。 ② 特定频率的光波在均质体宝石中传播时，其传播速度不因光波在晶体中振动方向不同而发生改
变。均质体的折射率值不因光波在晶体的振动方向不同而发生改变，其折射率值只有一个。自然光射入均质体后，基本上仍为自然光；偏光入射均质体后仍为偏光，而且其振动方向基本不变。 ③ 若透明材料在正交偏光片间无论取向如何都是很暗的，那么它是各向同性的。 ④ 等轴晶系的宝石有钻石、尖晶石、石榴石族及CZ、YAG、GGG等；非晶质宝石有欧泊、琥珀、各
种天然和人造玻璃、塑料等。
各向异性 ① 三方、四方、六方、斜方、单斜、三斜6个晶系的宝石均表现出定向的光性（各向异性）。光线
通过这类非均质体宝石时，入射光线将分解为两条，传播方向不同、振动方向相互垂直的平面偏振光，不同的平面偏振光的传播速度不同，即有不同的折射率值，两个折射率之间的差值称为双折射率值。 ② 各向异性宝石的双折射率，用最大折射率值（RI大）和最小折射率值（RI小）的差值来表示。
双折射率DR=RI大-RI小
双折射 双折射宝石包括三方、四方、六方、斜方、单斜、三斜6个晶系的宝石。当光线通过这类非均质体宝石时均表现出定向的光性（各向异性），入射光线将分解为彼此完全独立的、传播方向不同、振动方向相互垂直的平面偏振光，不同的平面偏振光的传播速度不同，即有不同的折射率值，两个折射率之间的差值称为双折射率值。双折射宝石包括一轴晶宝石和二轴晶宝石。一轴晶宝石（三方、四方、六方）有一个方向不发生双折射，有一个光轴方向，称为一轴晶；二轴晶宝石（斜方、单斜、三斜）有两个方向不发生双折射，有2个光轴方向，称为二轴晶。 RImax-RImin=DR 如水晶：1.553-1.544=0.009（双折射率）
光轴：所有各向异性宝石都有(或2个不发生双折射的光向
一轴晶：三方、四方、六方晶系的宝石有一个方向不发生双折射，有一个光轴方向，称为一轴晶 二轴晶：斜方、单斜、三斜晶系的宝石有两个方向不发生双折射，有2个光轴方向，称为二轴晶。
异同点 相同 不同 偏光镜表现 + 折射仪表现 二色镜 无多色性 一条阴影边界 均质体 宝石的光性 各向同性 全暗 一轴晶 宝石的光性 各向异性 2个折射率 四明四暗（ 牛眼干涩图、螺旋桨状黑十字） 2条阴影边界，一条动，一条不动 可显二色性 可显三色性 2条阴影边界，2条都动 二轴晶 宝石的光性 各向异性 3个折射率 四明四暗（单臂、双臂） 光率体：表示晶体中光波的振动方向与折射率的关系而建立的立体图形（线段表示振动方向的折射率大小）
各向同性的宝石：光率体为球形
一轴晶：旋转椭球体 No（常光）Ne（非常光）Ne—垂直 No—平行
双折射率高的宝石，台面应垂直光轴，从台面就不会看到刻面棱重影，显得清晰透明
一轴晶和二轴晶宝石均为双折射，在折射仪和偏光镜的表现以及多色性为： 光性 光轴 晶系 宝石品种 折射仪表现 阴影边界 各向异性 一轴晶 （一个光轴） 六方 各向异性 二轴晶 （二个光轴） 斜方. 单斜. 三斜 绿柱石、磷灰石 橄榄石、托帕石 月光石、翡翠 绿松石、蔷薇辉石 四方 三方. 锆石、方柱石、 刚玉、石英、碧玺 转动360°时，出现两条阴影边界，其中光性定义 Ne〉No为正光性； 二色性 多色性 偏光镜表现 正交偏光 四明四暗 干涉图 牛眼干涉图 螺旋桨状干涉图 三色性 四明四暗 带色圈的黑色单臂或双臂 一条阴影边界移动，Ne〈No为负光一条固定不变。 转动360°时，出现两条都移动的阴影边界 性 Ng-Nm〉Nm-Np为正光性；Ng-Nm〈Nm-Np为负光性
宝石的光学性质
光泽：材料表面反光的能力和特征。它主要与材料的折射率、反光率有关，但也与材料的颗粒集合方式、表面平整程度以及抛光质量和硬度有关。
矿物学中，通常按光泽强弱分为四个级别：
折射率 折射率〉3 折射率2.6-3 折射率1.9-2.6 折射率1.3-1.9 光泽 金属光泽 半金属光泽 金刚光泽 玻璃光泽 宝石矿物 铂、金、银、铜 乌钢石（针铁矿）、闪锌矿 金刚石、锆石（亚金刚光泽） 绝大多数宝石属于此类
特殊光泽为：
① 树脂光泽：琥珀等软的具低折射率宝石
② 丝绢光泽：石膏和孔雀石等一些纤维状矿物 ③ 珍珠光泽：天然和养殖珍珠都是由晶质层组成，光从表面和近表面的晶质层反射。有时这种微细
的结构引起晕彩。 ④ 油脂光泽：软玉 ⑤ 蜡状光泽：绿松石
透明度：指物质透过光的强弱的一种表现。吸收性强，透明度弱；吸收性弱，透明度强。
a) 透明：能完全清晰地透视其他物体。如钻石、红宝石等能允许绝大部分的可见光透过晶体。 b) 半透明：一般厚度下，能模糊地透视其他物体的轮廓。例如玛瑙、芙蓉石等能允许部分光通过晶
体。
c) 微透明：一般厚度下，能透过光，但看不清透过的物象。如软玉、独山玉、岫玉等。 d) 不透明：宝石的晶体或块体基本上不透光。如青金岩、绿松石、珊瑚等。
颜色，吸收光谱，多色性
颜色是决定宝石名贵和价值高低的基本和首要因素。是眼睛对光波的感应而在大脑中产生的感觉。可见光经物体选择性吸收后，其残余光的混合色即是该物体的颜色。
对宝石颜色的感觉取决于：
1) 2) 3)
颜色三要素：颜色是色彩（红橙黄绿）及非色彩（黑白灰）的总和，不同的色彩在外观上可以从三个方面去观察：色调、饱和度、明度。
色调是彩色宝石间相互区分的特性，如红、绿或蓝色等的属性。色调与残余光的波长有关，通常用主波长来表示。例如某宝石主波长为600nm，则该宝石显橙黄色。不同颜色的宝石其色调不同，相同颜色的宝石，色调上也会有差异。
饱和度是指色彩的纯净程度或鲜艳度。取决于颜色中白光的含量或比例。是宝石的鉴别特征，也为彩色宝石颜色分级的依据。
明度是指颜色的明亮程度，即光的强度或亮度。取决于宝石所反射或透射光的亮度。宝石对光的反射比或透射比越高，明度就越大。
白光源
反射、散射及改变这种光的物体 接受光的人的眼睛和解释它的大脑。
三个条件缺一不可，否则就无颜色。
吸收光谱：
利用分光镜观察宝石的残余色时，某些致色元素吸收了特定波长的光而产生的光谱间断，在可见光谱中出现的垂直黑带（吸收带）或垂直黑线（吸收线），根据吸收带或吸收线的位置和宽度，可以帮助确定宝石的致色元素，有助于区分宝石和了解宝石的致色成因。
可见光是电磁波谱中很窄的区段，波长范围为780-380nm，由一系列颜色混合而成白色，大致波长如下：（红：780-630橙：630-590 黄:590-550 绿：550-490蓝:490-440紫：440-380）。如翡翠的吸收光谱是在紫区437nm处有强的吸收线。
色散值：太阳光谱中B线与G线测的材料折射率的差值。 B线：红光，686.7nm，钻石RI=2.407 G线：紫光，430.8nm，钻石RI=2.451 钻石的色散值是两者之差，0.044
高色散的宝石，加工成刻面型宝石后，各小面上可闪烁出五颜六色的火彩。如钻石色散值0.044，为高色散宝石，按理想比例加工成圆多面形，在冠部小面可闪烁出橙黄色、蓝色等颜色的火彩来。
色散级别 高色散0.030以上 中等色散0.020-0.030 低色散0.020以下 宝石种（部分天然宝石） 金红石、翠榴石、钻石、高型锆 铁铝、镁铝、尖晶石、橄榄石 色散值范围 0.280、0.057、0.044、0.039 0.024、0.022、0.020、0.020
刚玉、祖母绿、碧玺、托帕石、水晶 0.018、0.014、0.015、0.014、0.013 绝大多数宝石为低色散宝石，高色散宝石较少，因此，色散值高的宝石，加工成型后，通常火彩较好，也是鉴别特征之一。