宝石的光学性质

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。

宝石双折射率宝石双折射率概述宝石是一种常见的珠宝材料，也是一种重要的光学材料。

它具有许多特殊的光学性质，其中之一就是双折射率。

本文将详细介绍宝石双折射率的相关知识。

什么是双折射？当光线通过某些晶体时，会发生折射现象。

在普通折射中，入射光线和出射光线在同一个平面内，并且两者之间的角度相等。

但是，在某些晶体中，入射光线会被分成两个方向的偏振光线，这种现象被称为双折射。

如何测量双折射？为了测量一个晶体的双折射率，需要使用一个称为波片的装置。

波片可以将入射光线分成两个方向的偏振光线，并且可以控制这两个偏振光线之间的相位差。

通过测量在不同相位差下出射光线的偏振状态和强度，可以计算出该晶体的双折射率。

什么是宝石双折射率？宝石是一种具有双折射性质的晶体。

它的双折射率取决于入射光线的波长、入射角度和晶体的结构。

在宝石中，双折射率通常被表示为两个值，一个是快轴方向上的双折射率，另一个是慢轴方向上的双折射率。

不同种类宝石的双折射率不同种类的宝石具有不同的双折射性质。

下面列出了一些常见宝石的双折射率数据：1.钻石：快轴方向上为0.004，慢轴方向上为0.0082.红宝石：快轴方向上为0.0085，慢轴方向上为0.0093.蓝宝石：快轴方向上为0.0078，慢轴方向上为0.00824.祖母绿：快轴方向上为0.0056，慢轴方向上为0.0061应用由于其特殊的光学性质，宝石被广泛用于各种光学应用中。

例如：1.光学仪器：由于其高透明度和双折射性质，宝石被广泛用于光学仪器中，如激光器、显微镜和望远镜。

2.宝石珠宝：由于其高硬度和美丽的外观，宝石被广泛用于珠宝制作中。

3.天然宝石：许多天然宝石，如红宝石和蓝宝石，都具有双折射性质。

这些天然宝石可以通过测量其双折射率来进行鉴定。

总结本文介绍了宝石双折射率的相关知识。

通过了解不同种类宝石的双折射率数据以及其应用领域，可以更好地理解这种特殊的光学现象。

蓝宝石材料的光学性能及其应用研究蓝宝石，即铝氧化钻石，是一种常见的宝石材料，拥有高度的光学透明度及优异的物理化学性质，因此在近几年被广泛研究并应用于光学器件、激光技术、微电子学等领域。

本文将就蓝宝石材料的光学性能及应用进展做一简要介绍。

蓝宝石材料是一种具有特殊晶体结构的材料，其晶格常数与钻石十分接近，因此具有极高的硬度和高温抗性，也可在高温或强酸强碱环境下保持稳定性。

由于蓝宝石材料光学质量好、透光性高、折射率低、温度系数小，在光学器件、激光技术、微电子学等领域中具有良好的应用前景。

一、蓝宝石的物理化学性质蓝宝石材料的化学分子式为AL2O3，其硬度为9，居于经典矿物硬度表的第二位，理论密度为3.98g/cm3。

蓝宝石通过晶体生长技术生产出来的蓝宝石晶体通常不大，因而可以应用在一些微型设备上，例如制造MEMS器件和深紫外LED。

此外，蓝宝石晶体抵御强酸、高温、高压、真空等多种恶劣环境的能力比较强。

二、蓝宝石的光学性能蓝宝石的透明度非常高，通常在UV（紫外线）到IR（红外线）波长范围内具有极高并且表现稳定的透明度，同时反射率低。

这种透明度以及对光的反射能力被广泛地利用于光学器件中，例如光学器件透镜（Linear），也可以应用在激光器和LED器件上。

三、蓝宝石的应用进展1. 蓝宝石激光器蓝宝石材料具有双折射性，且具有高光学质量（Homogeneity、refractive uniformity、特殊晶体结构），能输出近似于100%的线偏振光，能够提供高功率输出。

蓝宝石激光器可以应用在医学领域激光治疗，检测金属和塑料零件的紫外线辐射等领域。

2. 蓝宝石透镜由于蓝宝石透光性高且相对固有的物理化学性质，蓝宝石透镜在紫外线成像、光学测量等领域具有很好的应用前景。

由于蓝宝石能够将光分离为线偏振光和非线偏振光，这种性质被广泛利用于光学传感器、无线电和雷达器件等领域。

3. 蓝宝石硅制品各种个样的硅制品，包括耐磨装置、轴瓦、轴承、高性能梭子块和各种滑动零件等，使用了蓝宝石的优异硬度和高温抗性的特性。

论宝石的光学效应摘要：本文介绍了宝石的特殊光学效应由于宝石结晶时其内部常含有包裹体、双晶纹、晶格结构缺陷等，造成光的干涉、衍射、散射等现象，在光照下会出现一些特殊的光学效应，使宝石更美，同时也提高了宝石的价值。

宝石的特殊光学效应是光的折射、反射、干涉、衍射等，作用在宝石中引起的猫眼效应、星光效应、变彩效应、变色效应、彩虹效应等。

宝石是一种光学性质非常优异的矿石,它们能够吸收各种光线，因此产生了颜色、色散、光泽、透明度等一系列的光彩耀人的光学效果。

其和宝石的化学成分、晶体结构、集合体结构等有着重要的关系。

关键词：猫眼，星光，变彩，变色，彩虹，青白光彩，砂金1、猫眼效应猫眼一词的含义大致有三种： (1)指具有“猫眼”效应本身； (2)泛指具有猫眼效应i的任何宝石； (3)专指具有猫眼效应的金绿宝石。

目前只有金绿宝石的猫眼无需注明矿物种而直称为猫眼。

能产生猫眼效应的其他一些宝石包括石英、碧玺、绿柱石及磷灰石等等，不应将这些宝石直称为“猫眼”，但可以在猫眼前加矿物名称如：石英猫眼、绿柱石猫眼。

具有猫眼效应的宝石很多，但以金绿宝石猫眼最为珍贵。

它产量稀少，坚固耐久，外表美观。

它既具有8．5的高硬度，又具有相当好的韧性，是制作饰品的理想材料。

为显示出猫眼效应，一般原石都是琢磨成半球形素身石，切割时要求猫眼的亮线应位于宝石弧面的中央，要使眼线细窄而界线清晰移动灵活。

猫眼主要产地为斯里兰卡，近年虽然在巴西和东非也有发现但仍然非常稀少。

金绿宝石猫眼的颜色有绿黄、蜜黄及黄棕等，以深色且具有蜂蜜一样的外观和色调为最佳，因为在这种颜色背景下的宝石经琢磨后，猫眼效应特别强烈灵活。

当宝石受到阳光照耀时，由宝石内部反射出一条聚集的耀眼活光，其形态酷似猫的眼睛，当光线的强弱有所变化时，猫眼的光线也随光的强弱或粗或细。

当微微摆动宝石时，那闪烁的光线也灵活变动。

当把猫眼宝石放在两个聚光灯束下，随着宝石的转动，眼线将会出现张开与合上的现象。

宝石的物理性质：光学性质光学性质概述宝石矿物的光学性质在宝石鉴定、评价以及设计加工中均具有极其重要的意义。

首先，宝石的颜色、光泽以及所具有的一些特殊的光学效应都是光与宝石相关作用的结果，因此，光与宝石间相互作用产生的效应是评价宝石价值高低最重要的依据；第二，对宝石（特别是成品）的鉴定，一般要求无损伤鉴定，所依据的主要是宝石的光学性质，如折射率、双折射率等，因此，光学性质对宝石鉴定至关重要；第三，为了最大限度地体现宝石的美，必须将宝石所能产生的最吸引人的效果显示出来，为此，加工中必须充分了解宝石的光学性质。

因此，光学性质对于宝石的重要性体现在评价、鉴定与加工等方面（见图1-5-1）。

图1-5-1 光与宝石的关系示意图光的本质光的本质很早就引起人们的注意。

但直到近代，人们才认识到光是一种电磁波，它既具有波动性又有粒动性。

波动性说明光是按波的形式以30万km/s的速度在真空中传播；电磁波的振动方向垂直于传播方向，即光波是横波，并可用波长、波幅来表示（见图1-5-2）。

其图1-5-2 光的波动特性示意图中波长表示电磁波的能量大小，波幅表示电磁波的强度。

整个电磁波是一个广阔的领域，它包括了波长极长的无线电波（波长1000-2000m之间），到极短的宇宙射线（波长小于10-4nm）。

电磁波从无线电波到红外线、可见光、紫外线、X-射线、r•射线，最后到宇宙射线，依次按波长顺序排列，组成一个完整的电磁波谱。

由电磁波谱可知，可见光只是整个电磁波谱中极窄的小段，其波长约为780nm-380nm。

这小段电磁波能引起人的视觉反映，即能为人眼所看见，故称可见光。

不同波长的可见光可呈现不同颜色。

当波长由大到小，相应的颜色由红（780-630nm）、橙（630-590nm）、黄（590-550nm）、绿（550-490nm）、蓝（490-440nm）、紫（440-380nm）。

普朗克和爱因斯坦经研究证明，光不但具有波动性，而且具有粒动性。

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。

宝石学基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 宝石学是研究宝石的______、______、______、______、______和______等方面的科学。

A. 矿物学特征B. 物理性质C. 化学成分D. 光学性质E. 工艺特性F. 经济价值答案：ABCDEF2. 下列哪种宝石不是由单一矿物组成？A. 钻石B. 红宝石C. 翡翠D. 珍珠答案：D3. 宝石的折射率是指光在宝石中的传播速度与在______中的传播速度之比。

A. 空气B. 水C. 玻璃D. 真空答案：D4. 宝石的硬度通常用莫氏硬度来表示，其中最硬的宝石是______。

B. 红宝石C. 蓝宝石D. 绿松石答案：A5. 下列哪种宝石的内部结构是单晶体？A. 钻石B. 翡翠C. 珍珠D. 琥珀答案：A二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 宝石的光学性质包括以下哪些方面？A. 折射率B. 色散C. 透明度D. 光泽E. 颜色答案：ABCDE2. 宝石的加工工艺包括以下哪些步骤？A. 切割B. 抛光C. 打磨D. 镶嵌E. 雕刻答案：ABCDE3. 宝石的价值评估通常考虑以下哪些因素？B. 重量C. 颜色D. 透明度E. 切割质量答案：ABCDE三、判断题（每题1分，共10分）1. 所有宝石都是透明的。

（）答案：×2. 宝石的硬度越高，其价值通常也越高。

（）答案：√3. 钻石是宝石中硬度最高的。

（）答案：√4. 翡翠是一种矿物，而不是一种宝石。

（）答案：×5. 宝石的折射率越高，其火彩越强。

（）答案：√四、填空题（每题2分，共20分）1. 宝石的______是指宝石在光线照射下，所呈现的颜色。

答案：颜色2. 宝石的______是指宝石对光线的反射能力。

答案：光泽3. 宝石的______是指宝石在光线照射下，能将白光分解成不同颜色的光。

答案：色散4. 宝石的______是指宝石对光线的透过能力。

答案：透明度5. 宝石的______是指宝石的重量，通常以克拉为单位。