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宝石学基础：宝石矿物的物理性质（光学性质）光学性质光和宝石（自然光和偏振光）自然光经宝石（特别是各向异性宝石）反射、折射、双折射或选择性吸收等作用后，可转变成只在一个固定方向内振动的光波，这种光称为偏振光。
偏振光是在单一平面内并只在与传播方向垂直的一个方向上振动的光。
1、光的反射是指落到宝石表面的一部分光由表面折回的现象。
由光的反射而提供的一系列重要的光学效应：光泽：金刚光泽、亚金刚光泽、玻璃光泽、树脂光泽、丝绢光泽、金属光泽宝石的光泽也称反射率，可通过反射率仪来测试。
特殊光学效应：光彩、猫眼效应、星光效应、晕彩。
亮度：是指光从宝石亭部小面反射而导致冠部呈现的明亮和度，取决于宝石的透明度和琢磨比例。
2、光的折射折射：是指光穿过两个不同光密度的介质时（入射线与分界呈900除外），其传播方向发生变化的现象。
全内反射；以临界角（折射角等于900时）为基准，所有小于临界角的角度与分界面相遇的入射光，将离开光密度较大的物质而进入光疏介质中。
所有大于临界角的入射光与分界面相遇时，将发生全内反射（遵守反射定律）并留在光密度较大的物质中。
3、宝石的颜色颜色不是物质固有的特征，它只是光作用于人的眼睛而在人的头脑中产生的一种感觉。
这是颜色的本质。
颜色形成的条件：白光源、改变光的物质（致色元素）、接受残余光的人眼和解释它的人脑。
宝石颜色引起的因素：化学元素（自色元素、他色元素），铬元素致色的重要性。
（红宝石、祖母绿、变石），电荷转移（堇青石），晶体结构缺陷造成电子转移（电子色心和空穴色心，如萤石）主要致色元素（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu），放射性元素如U、Th。
色散；如钻石干涉与衍射；如欧泊的晕彩。
月长石的光彩。
多色性：一轴晶宝石具二色性，二轴晶宝石具三色性。
4、宝石的透明度透明度就是指宝石矿物透过可见光的能力，主要与宝石矿物对光的吸收的强弱有关。
透明：宝石矿物碎片厚为0.01cm时能透光.半透明：宝石矿物碎片厚为0.01—0.001 cm之间时能透光。
任务2 宝石的光学特性宝石的光学特性是评价和鉴定宝石的重要标志，是宝石在光的作用下对光的吸收、反射、折射以及干涉和衍射所产生的综合效果。
一、颜色宝石的颜色是光照射在宝石上，经过反射、透射、折射、漫反射以及选择性吸收等作用后，剩余的可见光的组合。
颜色是评价宝石最直观的特征，影响宝石的价值。
1、颜色是怎样形成的宝石的颜色是宝石对自然界中可见光选择性吸收后的补色。
宝石的颜色取决于光源。
白光由7种不同的色光混合而成，当宝石选择性吸收某些波长的色光，则反射或透射出这些色光的补色，宝石就呈现出颜色。
如照射到宝石上的白光中的绿光被宝石吸收，宝石即呈现绿色的补色——红色。
当光源发生变化时，人眼感知到的宝石的颜色就会发生改变，宝石基本的体色是不会发生改变，只是因为宝石对光源进行了选择性吸收后剩下的光发生了改变。
另外，光波的多次反射、散射、干涉等作用也可以影响宝石的颜色。
可见光中的七色光与波长颜色互补关系2、致色元素宝石的颜色常由一些元素导致，被称为致色元素。
致色元素常见的有：钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜这八种过渡型元素。
当致色元素为宝石化学成分中的主要成分时，宝石为自色宝石。
自色宝石是由化学成分中的主要部分致色，是由于宝石本身内在原因引起的颜色，其颜色很少变化。
如橄榄石，致色元素铁是主要成分，属于自色宝石，其颜色呈黄绿色。
当致色元素为宝石的次要成分是，宝石为他色宝石。
他色宝石纯净时往往是没有颜色的，当微量的致色元素存在时导致其出现颜色。
如刚玉类宝石，不含致色元素的时候是无色的，当含有微量的铬，则出现红色；含有微量的铁和钛，则出现蓝色。
纯净的硬玉是白色的，铬元素导致其出现绿色，铁元素导致红色、黄色。
自色宝石品种较少，颜色变化少。
大多数宝石都是他色宝石，不同的致色元素会使宝石颜色发生很大的变化。
常见色素离子及有关矿物的颜色3、颜色三要素颜色的三要素分别是：色调、饱和度、亮度。
色调又称色相，是指颜色的类别，即黄、橙、红、绿色。
宝石琢型设计光学原理3.1.1刻面琢型宝石的光学效果刻面宝石的特殊光学效果是体现其美感的重要特征，主要表现在三个方面：亮度（Intensity）火彩(Fire)闪烁(Sparkle)亮度、火彩、闪烁的综合效果称为：明亮度（Brilliance）1、亮度亮度也称明亮度，指刻面宝石在白光照射下的反射光强度，它包括宝石表面反射光和内部反射光两个部分，也称表面亮光和内部亮光，二者的总和即为宝石的整体明亮度。
（1）表面反射光宝石的表面反射光也称为光泽。
宝石光泽的强弱主要取决于宝石的折射率（N）和反射率（R），二者之间有下列简化关系式：由公式可见，折射率和反射率成正比关系。
也就是说，宝石的折射率越大，则反射率越大，光泽就越强，其抛光表面也就更明亮。
例如，钻石的折射率n约为2.42 ，反射率R为17 % ，呈金刚光泽；而水晶的折射率n约为1.55 ，反射率R为4.6 % ，呈玻璃光泽。
因此，从表面上看，钻石比水晶要显得"亮"得多。
（2）内部反射光宝石的表面反射光（光泽）对其亮度的贡献固然重要，但与其内反射光作用相比，刻面宝石的内反射作用对亮度的影响则远胜于表面反射作用。
以刚玉宝石为例，刚玉的折射率N约为1.76 ，代入上述公式计算:则得到刚玉的表面反射率R为0.76。
也就是说仅有7.6%的入射光在表面发生反射，如果让其余92.4 % 的入射光在进入刚玉刻面宝石内部后，再通过内反射作用从正面射出，则宝石的亮度必将大幅度提高。
由此可见，内反射作用才是提高刻面宝石亮度的真正潜力。
如下图所示，只有设法使进入宝石体内的折射或直射光线在到达亭部各刻面的入射角大于全反射临界角，以及最后反射到冠部各刻面时的入射角小于临界角，这样才能使光线最大限度地从宝石正面（冠部）射出。
光线在宝石内的全内反射作用i - 入射角；r - 折射角；θ- 临界角宝石的临界角（i ）与其折射率（n）有关，可用下式表示：由式中可以看出，宝石的折射率越大，则临界角越小。
第三节 宝石的物理性质一、宝石的光学性质(一）光的本质(二）宝石的颜色(三）宝石的折射率和色散(四）宝石的光泽和透明度(五）宝石的多色性(六）宝石的特殊光学效应宝石的光学性质宝石的力学性质宝石的物理性质(一）光的本质光的本质是电磁波，在极为宽阔的电磁波谱大家族中，可见光的光波只占有很小的空间(波长范围在380nm-770nm)，包含了人眼可辩别的紫、靛、蓝、绿、橙、红七种颜色。
电磁波宇宙射线—γ射线—X射线—紫外光—可见光—红外光—短无线电波—无线电波—长无线电波。
光波是一种横波，其振动垂直于光波的传播方向。
自然光自然光即一束光线内朝同一方向传播的亿万条光波组成的，正常情况下振动方向是全方位的，即朝所有方向振动的光叫自然光；振动被局限于一个方向，被称为平面偏振光，也称偏振光。
(二）颜色颜色：从物理意义上讲，颜色意味着一定波长范围的电磁波辐射，当其刺激我们的视神经时，我们就产生了颜色的感觉。
颜色是具有一定波长的电磁波。
一定波长的可见光，会呈现一定的颜色。
体色：透射色表色：反射色宝石的颜色是宝石与不同波长的可见光相互作用的结果。
当对不同波长的可见光选择吸收时,宝石呈不同的颜色。
在可见光区400-700nm 范围内，由七色光波组成。
从长波一端向短波一端的顺序依次为：红色 700nm, 橙色 620nm, 黄色 580nm ，绿色510nm ，青色480nm ，蓝色470nm ，紫色 420nm 。
两个相邻颜色之间有一系列的过渡色。
当宝石对可见光中各单色光没有或均匀吸收时，宝石呈白色-灰色-黑色，当吸收率小于20%时，呈白色；吸收率为20%-80%时，宝石呈灰色；吸收率为80%以上时宝石呈黑色。
1.宝石的颜色红外光紫外光700nm 400nm 可见光（白光）光的选择吸收（小结）均匀吸收：无色——白——灰——黑选择吸收：彩色原色光、互补色光原色光（三原色）：红、绿、蓝三种色光称为原色光。
互补色光：两种色光混合后呈现白色则称它们为互补色光，如红和青、黄和蓝、绿和品红。
03加工对象性质的认知4学时3.1宝石的颜色特性与加工3.1.1宝石的光学特性与加工3.1.2材料颜色与加工4、光源：能发光且正在发光的物体叫做光源。
太阳、燃烧着的蜡烛等都是光源。
5、光泽：是指宝石材料表面对光的反射能力。
它的量值与宝石表面对可见光的反射光量与透射光量有关。
8、亮度：指明亮度，指宝石成品在白光照射下的表面反光与内部反射光的叠加强度。
9、亮度分类：按强度可分为灿光（金属和金刚石）、辉光（红宝石、蓝宝石、金绿宝石和托帕石等）、闪光（翡翠、蔷薇辉石和汉白玉等）、微光（绿松石、青金石和玛瑙等）。
蔷薇辉石青金石10、光的全反射和全反射临界角：当光波由光密介质进入光疏介质时，折射角总是大于入射角，折射线向远离界面法线的方向偏折；随着入射角逐渐增大，折射角也以更大的幅度逐渐增大，当折射角增至90°时，折射光不再折入光疏介质，而是沿界面方向传播；再稍微增大入射角，入射光波将全部按反射定律反射回光密介质中，这种现象称为透明物质的全反射。
使折射角r=90°的入射角称为全反射临界角。
光密介质：纤芯光疏介质：包层11、火彩：当白光照射到透明刻面宝石时，因色散而使宝石呈现光谱色闪烁的一种现象。
3.1.3宝石光学特征与颜色加工1、宝石的颜色定义：是宝石对自然光进行选择性吸收后的残余色的综合在人眼中的反映。
2、宝石的颜色分类：（1）彩色宝石绝大部分宝石属彩色系。
（2）非彩色宝石非彩色系指由白色，黑色及它们之间的过渡灰色系列，称为黑白系列。
非彩色系列的宝石有无色钻石，无色水晶，无色长石，还有黑玛瑙等。
（3）钻石钻石的主要颜色为无色至淡黄色，或淡灰色，或淡褐色，与其他彩色和非彩色宝石的颜色不一样。
经过上百年的发展，钻石已有了一套完整的评价体系，其中也包括对其颜色的评价体系，所以它无法被纳入其他体系中，只能独立出来。
钻石三大系列颜色包含：开普系列，褐色系列，彩色系列。
开普系列：包括无色、浅黄至黄色钻石;褐色系列：包括不同强度的褐色钻石;彩色系列：包括粉红、紫红、金黄、蓝色、绿色等钻石。
１）变彩效应：是由于特殊的结构（如宝石内部有微裂隙、结构空隙、双晶面、解理面以及晶体离溶的微晶片等）使光发生干涉、衍射作用而产生一种漂浮的五彩缤纷游动的色晕。
随着光源或观察的角度的变化，颜色也发生变化。
最典型的例子是欧泊欧泊的特殊结构决定了其变彩的能力和变彩特点：当二氧化硅的大小大于可见光波长时，可见光直接通过，不具有变彩效应，即普通的蛋白石。
当二氧化硅的大小小于可见光波长时，大部分的可见光被挡在欧泊外，仅发生瑞利散射，形成一种淡淡的蓝色乳光。
当二氧化硅的大小与可见光的波长相近或略大于时，会产生各种颜色的色斑。
（色斑的存在应理解为堆积小球直径的不均匀分布）（１）具有变彩效应宝石：欧泊，拉长石（由于聚片双晶的片状构造引起）合成蛋白石，塑料，玻璃，玛瑙，珠母，贝壳大理石等（２）分类单变彩：如月光石多色变彩：欧泊，拉长石（３）评价对变彩效应的宝石，应顾及其种类、石质、变彩的式样以及变彩的颜色。
最珍贵的变彩是红色，其次为紫色，橙色，黄绿色，蓝色。
颜色越鲜艳、浓、明亮，越受人喜爱。
２）月光效应：半透明乳白色弧面型的宝石表面，随着宝石的转动，在一定的角度范围，可见到白色至蓝色的似朦胧的乳光，胜似夏夜的月光，这种现象称为月光效应。
原因：是由于折射率稍有差异的正长石和钠长石呈薄的互层生长，这种互层结构对光的散射作用以及解理面对光的反射和干涉作用的综合效果使宝石表面产生漂浮状的光彩。
颜色取决于薄层的厚度：层厚：为白色层薄：为蓝色或淡蓝色。
３）砂金效应：在透明或半透明的宝石内部含有大量的定向排列的赤铁矿、针铁矿或其他金属矿物薄片，随着宝石的转动能反射出红色或金色的反光，这种性质称为沙金效应。
常见宝石：日光石和人造砂金石。
４）猫眼效应：在光线的照射下，以弧面形切磨的某些宝石，表面呈现一条明亮的光带，当转动宝石时，光带随之移动或出现光带张合现象，犹如猫眼瞳孔收缩成的一条狭缝，这种效应称为猫眼效应。
（１）产生的条件：一组密集的定向排列的包裹体或相似结构，包括：气液包体，纤维状、针状晶体，晶体生长过程中留下的管状负晶，或一些片晶，定向的解理等，他们对光的反射、折射形成。
宝石的光学性质１）变彩效应：是由于特殊的结构（如宝石内部有微裂隙、结构空隙、双晶面、解理面以及晶体离溶的微晶片等）使光发生干涉、衍射作用而产生一种漂浮的五彩缤纷游动的色晕。
随着光源或观察的角度的变化，颜色也发生变化。
最典型的例子是欧泊欧泊的特殊结构决定了其变彩的能力和变彩特点：当二氧化硅的大小大于可见光波长时，可见光直接通过，不具有变彩效应，即普通的蛋白石。
当二氧化硅的大小小于可见光波长时，大部分的可见光被挡在欧泊外，仅发生瑞利散射，形成一种淡淡的蓝色乳光。
当二氧化硅的大小与可见光的波长相近或略大于时，会产生各种颜色的色斑。
（色斑的存在应理解为堆积小球直径的不均匀分布）（１）具有变彩效应宝石：欧泊，拉长石（由于聚片双晶的片状构造引起）合成蛋白石，塑料，玻璃，玛瑙，珠母，贝壳大理石等（２）分类单变彩：如月光石多色变彩：欧泊，拉长石（３）评价对变彩效应的宝石，应顾及其种类、石质、变彩的式样以及变彩的颜色。
最珍贵的变彩是红色，其次为紫色，橙色，黄绿色，蓝色。
颜色越鲜艳、浓、明亮，越受人喜爱。
２）月光效应：半透明乳白色弧面型的宝石表面，随着宝石的转动，在一定的角度范围，可见到白色至蓝色的似朦胧的乳光，胜似夏夜的月光，这种现象称为月光效应。
原因：是由于折射率稍有差异的正长石和钠长石呈薄的互层生长，这种互层结构对光的散射作用以及解理面对光的反射和干涉作用的综合效果使宝石表面产生漂浮状的光彩。
颜色取决于薄层的厚度：层厚：为白色层薄：为蓝色或淡蓝色。
３）砂金效应：在透明或半透明的宝石内部含有大量的定向排列的赤铁矿、针铁矿或其他金属矿物薄片，随着宝石的转动能反射出红色或金色的反光，这种性质称为沙金效应。
常见宝石：日光石和人造砂金石。
４）猫眼效应：在光线的照射下，以弧面形切磨的某些宝石，表面呈现一条明亮的光带，当转动宝石时，光带随之移动或出现光带张合现象，犹如猫眼瞳孔收缩成的一条狭缝，这种效应称为猫眼效应。
（１）产生的条件：一组密集的定向排列的包裹体或相似结构，包括：气液包体，纤维状、针状晶体，晶体生长过程中留下的管状负晶，或一些片晶，定向的解理等，他们对光的反射、折射形成。
宝石加工工艺特点及技术要求宝石加工是指将原石中的宝石颗粒加工成加工品的过程，包括切割、磨光、打磨、抛光等。
宝石加工具有以下特点和技术要求。
1.特点：(1)硬度高：宝石加工需要使用切削工具对原石进行切割和磨光，因此加工工具必须具有足够的硬度来抵抗宝石的硬度。
同时，宝石本身也具有较高的硬度，不容易被切削和磨损。
(2)星光效果：宝石的颜色和光泽是其价值的重要评判标准之一，因此宝石加工过程中要追求出现理想的色彩和透明度，以展现出宝石的独特光泽和火彩效果。
(3)成品的形态多样：宝石加工可以根据原石的不同特点和要求，选择不同的切割和打磨方式，从而得到形状各异的成品。
例如，圆形、椭圆形、心形、梨形、方形等等。
(4)高功率要求：宝石加工需要使用高功率的工具来完成切割和磨光等工艺，因此需要保持工具的高效运转，以确保加工质量和效率。
2.技术要求：(1)切割技术要求：宝石切割是宝石加工中最关键的一步，主要是将原石切割成形状规则、面平整、光泽度高的多面体。
切割时需要根据宝石的硬度、色泽和光线折射率等特点，选择合适的加工角度和形状，以最大限度地展现宝石的美感和火彩效果。
(2)磨光技术要求：磨光是宝石加工中的重要环节，通过磨光可以使宝石表面更加平整、光滑，并提高宝石的光线折射能力。
磨光时需要使用细砂和研磨液进行磨光，同时要注意研磨的速度和力度，以防止宝石表面的损伤和划痕。
(3)打磨技术要求：打磨是宝石加工过程中的最后一道工序，主要是为了提高宝石的光泽度和火彩效果。
打磨时需要使用高速旋转的抛光机，以提供足够的力度和速度，从而达到理想的光泽度和表面质量。
(4)卫生要求：宝石加工需要涉及接触宝石和工具，因此要求宝石加工场所和设备要保持清洁，以防止灰尘和杂质对宝石造成损害。
同时，操作人员在加工过程中需要注意个人卫生，尽量减少对宝石的污染。
总之，宝石加工是一项精细、复杂的工艺，需要掌握一定的技术要求和专业知识。
只有通过科学合理的加工方法和技术手段，才能保证宝石加工的质量和成品的美观效果。
