62宝石的特殊光学效应解析

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。

GB/T 16553 – 2010 珠宝玉石鉴定（1）修改了“晶面条纹”的定义；（2）增加了“光率体”的定义；（3）增加了“光性方位正光性负光性”定义的部分内容；（4）增加了“特殊光学效应”的定义；（5）修改了“晕彩效应”定义的部分内容；（6）删除了“火彩”的定义；增加了“色散”的定义；（7）“解理”的等级划分由“极完全、完全、中等、不完全”变为“极完全、完全、中等、不完全、无”；（8）“浸蜡”定义限定为“浸无色蜡”；（9）“染色处理”中“致色物质”包括有色油、有色蜡、染料等；（10）修改了“扩散处理”的定义；（11）“折射率双折射率”的鉴定方法增加了“反射型折射仪”；“阿贝型宝石折射仪”的参数改变了；适用范围中“样品为多晶质集合体时，不易测定双折射率”改为“样品为晶质集合体或有机宝石时，不易测定双折射率”；（12）增加了“质量”分析方法，包括“方法原理、仪器、适用范围、操作步骤、结果表示”等内容；（13）“密度”测定中增加了密度和质量的单位；（14）补充了成分分析方法（无损和近无损）；（15）增加了“发光图像分析”方法；（16）钻石的鉴定：①化学成分“Ⅰ型含N;Ⅱ型不含N,Ⅱb型含B”改为“Ⅰ型含N;Ⅱ型含极少量的N,Ⅱa型不含B,Ⅱb型含B”;②颜色由“白色系列、彩色系列”改为“无色至浅黄（褐、灰）系列、彩色系列”；③“吸收光谱”删除了594nm吸收线（辐照改色钻石及天然彩色钻石）；④去掉钻石热导率=0.35卡/厘、秒、度；⑤增加“特殊光学效应：变色效应（极稀少）。

”⑥钻石的优化处理（包括激光钻孔、覆膜处理、充填处理、辐照处理、高温高压处理），增加了部分观察现象和鉴定方法。

（17）红宝石的鉴定：去掉“浸有色油”的鉴定；增加“高铅玻璃充填”、“铬扩散”、“铍扩散”的鉴定；（18）蓝宝石的鉴定：增加“染色处理”的鉴定；增加“铍扩散处理”和“钴扩散处理”的部分鉴定方法；（19）祖母绿的鉴定：去掉“浸有色油”的鉴定；修改“充填处理”的鉴定方法；增加“染色处理”和“覆膜处理”的鉴定；（20）海蓝宝石的鉴定：增加“充填处理”的鉴定；（21）绿柱石的鉴定：①“吸收光谱”去掉“某些深蓝色绿柱石可具688nm、624nm、587nm、560nm吸收带。

宝石的物理性质一、光泽1.光泽的定义和影响因素（1）定义是指宝石表面和表层对光的反射能力，取决于宝石的折射率大小、表面的抛光程度和表层结构。

（2）折射率因素对结构均匀的表面，折射率越大反射能力越强，光泽越亮。

在抛光良好的前提下，以折射率的大小把光泽分成四级，如表1所列：表1 宝石光泽的等级划分折射率光泽宝石矿物折射率>3 金属光泽铂、金、银、铜折射率2.6—3 半金属光泽乌刚石（针铁矿）、闪锌矿折射率1.9--2.6 金刚光泽金刚石、锆石（亚金刚光泽）折射率1.3--1.9 玻璃光泽绝大多数宝石属于此类光泽（3）表层结构因素如果宝石的表层具有不均匀的结构，如起伏不平、密集的平行包体、薄层状等，都会对光泽产生影响，形成特殊的反光现象，如油脂光泽、珍珠光泽、丝绢光泽等，这些现象也称为变异光泽。

2.光泽的类型（1）金属光泽由铂、金、银、铜等金属以及黄铁矿等金属矿物的抛光表面所显示的非常强而明亮的光泽。

（2）半金属光泽呈弱的金属状的光泽。

有些宝石品种，如辰砂、乌刚石和黑色闪锌矿具有半金属光泽。

（3）金刚光泽光在宝石表面反射出较强的光亮，如钻石所显示的明亮光泽。

（4）亚金刚光泽锆石和翠榴石等高折射率宝石所显示的明亮光泽。

（5）玻璃光泽大多数宝石的表面反射出的光泽都在此范围内。

根据折射率的大小和宝石抛光面上反射光的明亮程度，划分为强玻璃光泽和玻璃光泽。

例如石榴子石族、刚玉族和金绿宝石等为强玻璃光泽；祖母绿、碧玺、水晶和橄榄石等折射率较低的宝石为玻璃光泽。

（6）油脂光泽在一些颜色较浅，具玻璃或金刚光泽的宝石的不平坦表面上所见到的类似油脂表面的反光。

如钻石的原石表面具油脂状的光泽。

（7）蜡状光泽在一些半透明或不透明、低硬度的隐晶质或非晶质块状集合体表面所呈现的一种类似于石蜡表面的反光，如块状叶蜡石、绿松石。

（8）珍珠光泽珍珠具有的平行薄层结构导致从表面和近表面的晶质层反射光发生干涉作用，造成辉光，称为珍珠光泽。

《珠宝鉴定》之宝石的特殊光效猫眼效应在平行光线照射下，某些弧面宝石表面呈现的一条明亮光带，该光带随标本或光线的转动而移动的现象，是由宝石及其内的一组密集、平行排列的内含物或定向结构、出溶的固溶体或纤维状晶体对可见光的折射和反射引起的。

代表宝石与鉴定特征具猫眼效应的宝石除金绿宝石外，还有石英、磷灰石、透辉石、海蓝宝石、碧玺、方柱石、长石等，其中最珍贵的是金绿宝石猫眼(可直接称为猫眼)。

对宝石价值的影响猫眼效应的质量评价标准有很多，如眼线是否明亮、连贯、笔直，旋转360°眼线是否有开合现象等，一般说来具猫眼效应的宝石价格不低于同档质量的同种宝石。

星光效应在平行光线照射下，以弧面形切磨的某些宝石表面呈现出两条或两条以上交叉亮线的现象。

每条亮线称为星线，通常多见两条、三条，分别称为四射、六射星光，是由宝石内部含有两个或三个方向定向排列的针状、管状内含物对光的反射和折射作用引起的，若两组六射星光成30°叠加，将出现十二射星光的现象。

代表宝石与鉴定特征等轴晶系的石榴石、四方晶系的锆石和斜方晶系的斜方辉石等可出现四射星光，而三方晶系、六方晶系的宝石可出现六射星光，个别情况下，同一弧面形宝石中可出现两套六射星光，如果两套星光的中心位置错开就可以看到十二射星光，如中国山东产出的蓝宝石，四射星光宝石如铁铝榴石、透辉石、尖晶石、堇青石、顽火辉石等；六射星光宝石如红蓝宝石、绿柱石、芙蓉石等。

对宝石价值的影响具星光效应的宝石除个别透明且星线较好者外，其余的价值大多低于同档刻面宝石，这主要因为特殊光学效应毕竟是内含物引起的，说明其质地并不纯净，价值自然也就低了很多。

变色效应指宝石在不同光谱能量分布的光源照射下，呈现明显颜色变化的现象。

所谓不同光谱能量分布的光源，宝石学常以日光灯(6504K)和钨丝白炽灯光(2856K)作为对比光源。

并非所有宝石都具有变色效应，这取决于光源和宝石的内部结构，首先当宝石的可见光吸收谱中存在两个明显相间分布的色光透过带，且这两个色光透过带必须均匀、平衡，同时其余色光都被较强吸收时才可能产生变色效应。

一、猫眼效应1．定义在光线照射下，弧面型宝石的表面出现一条横跨宝石的亮带，且可随宝石转动或光线移动平行游动，宛如猫眼的虹膜一样的光学现象的现象。

图1 具有猫眼效应的金绿宝石图2 具有猫眼效应的月光石2．形成机理由于宝石内部含有密集平行排列的纤维状或管状包裹体，当宝石平行纤维状或管状包裹体切割并琢磨成弧面宝石后，光线照射到平行排列的包裹体上，一个微小的包裹体就有一个反光点，这些反光点连起来，就呈现出一条光带，从而产生猫眼效应。

3．形成的基本条件①宝石内部存在大量细小、密集、平行排列的纤维状、针状、气、液、固相内含物（包裹体），或晶体生长过程中留下的管状负晶，或晶体的一些片晶、定向解理等；②琢磨宝石时底面平行于内含物的方向；③宝石应琢磨成弧面型。

因为反射出的光呈垂直于内含物延伸方向，故通常内含物排列沿弧面型短轴方向，即猫眼光带平行弧面型宝石长轴方向。

*其中条件①取决于宝石自身的生长；条件②和③则是人们对其的针对性加工。

图3 晶体加工切磨-包体与眼线的方向关系4．机理分析正确的弧度，可使从宝石表面各个部位折射进入宝石内部的光，经包体反射后汇聚到一点。

图4 正确的加工根据折射定律，折射率低的宝石需要加工成较高的弧度。

①如果弧度偏低，猫眼线将会变宽。

(a)当弧面型宝石的高度与内反射线焦点一致时，“眼线”出露窄而亮(b)当弧面型宝石的高度低于内反射线焦点平面时，“眼线”变得宽而疏(a) (b)图5 弧面形宝石的高度与“眼线”宽度的关系②如果宝石底面与其内部包体分布方向不平行，聚光点将不在宝石表面居中，猫眼效应歪斜。

图6 错误的加工导致“眼线”不正NM-包裹体所在平面；O′-“眼线”出露的位置；O -弧面形宝石最高点5．评价要点⑴眼线特征具有猫眼效应的宝石要求光带居中，即要正、直、细、活。

美感强，光带位置于中央、竖直，转动时左右移动灵活且越细越好。

(2)眼的颜色猫眼可呈现多种颜色，按质地颜色好坏依次为蜜黄、黄绿、褐绿、黄褐、褐色，以蜂蜜状蜜黄色为上品。