寶石的特殊光學效應與礦物晶體性質

寶石之美，美在其顏色、通透、光澤。這些美麗動人的寶石其實都是大自然的傑作，在漫長的地質作用過程中，部分礦物幸運的結晶為寶石級晶體，被後人發現，打磨成寶石。　　寶石級的晶體中一些特殊的結構、包裹體等經過光的反射、折射、漫散射、干涉、衍射等特殊的光學現象會使寶石出現一系列的特殊光學效應，令這些寶石更加的獨特而閃耀。　　接下來小編就將帶領大家一起學習一下這些特殊光學效應都有哪些以及它們的成因。　　一、貓眼效應　　所謂貓眼效應，顧名思義就是在寶石正面可以觀察到一條類似貓咪的眼睛中的亮線。其專業釋義為：在定向琢磨的弧面形寶石的表面，出現橫跨寶石、並可隨寶石轉動而遊動的光帶現象，稱為貓眼效應。它的成因是由於晶體內部含有一組細密且平行的針狀/絲狀包裹體，這些包裹體發生光的反射，進而使肉眼看上去形成一條亮線，也稱之為貓眼線。　　貓眼效應　　貓眼效應產生的三個必要條件為：　　1.寶石內部存在大量細小、密集、平行排列的纖維狀、針狀氣、液、固相內含物（包裹體）;　　2.琢磨寶石時，底面平行於包體的方向；　　3.寶石應琢磨成長軸與貓眼線方向平行的橢圓弧面型。　　貓眼效應原理圖　　並是不是所有寶石都能產生貓眼效應，可以發生貓眼效應的寶石有：金綠寶石、變石（綠柱石）、祖母綠、海藍寶石、碧璽、石英、透輝石、矽線石。　　二、星光效應　　星光效應簡單來說就是兩組以上的貓眼效應，因此可定義為：在定向琢磨的弧面形寶石的表面，出現橫跨寶石、並可隨寶石轉動而遊動的兩條以上光帶這一現象。其原理與貓眼效應類似，只是晶體內部有三組不同方向的細密、平行分布的包裹體。　　六射星光紅寶石　　六射藍寶石星光　　一般情況，三方、六方晶系的寶石可出現六射星光（三條光帶相交），而等軸晶系、四方晶系、斜方晶系的寶石可出現四射星光（兩條光帶相交）。　　個別情況下，同一寶石中可出現兩套星光，其中心位置也可錯開，因此可看到八射或十二射星光。具有星光效應的寶石有：剛玉（藍寶石、紅寶石）、尖晶石、石英、透輝石、正長石等。　　三、變彩（暈彩）效應　　變彩效應指的是在寶石表面同時出現不同顏色的斑塊，並隨寶石轉動，色斑閃現或閃變的現象。它由寶石特殊的內部結構對入射光干涉、衍射所致。　　歐泊變彩與拉長石變彩　　如果大家對中學物理還有印象的話，光的干涉與衍射這兩個概念定不會陌生。光的干涉簡單來說，就是光傳播中遇到某些特殊的結構（光柵）時，原來同步的光波之間，產生相位（光程）差，併當該差值符合一定規律時，某些波長的光因同相位而得到加強，那些呈異相位的光波則因相互抵消而消失，這就是光的干涉。　　變彩效應可因薄膜干涉作用導致。　　薄膜干涉示意圖　　具有層狀結構的物質，入射光既可直接在表面發生反射，又可以折射進入內部，遇到下一個層面時再反射……這時，入射時同步的光波，反射時會因相位差而發生干涉。拉長石變彩就是薄膜干涉的結果。　　干涉作用還可因衍射作用所致。　　衍射作用示意圖　　衍射作用是干涉作用的一種形式。衍射是指當光從狹縫、細小孔洞等穿過時，所發生的光波發散現象。縫隙或孔洞越小，發散效應越顯著，即衍射量越大。歐泊變彩即是衍射作用的結果。　　具有變彩效應的寶石主要有：歐泊、拉長石、珍珠等。　　四、變色效應　　變色效應，聽名字就不難理解，就是寶石在不同光源下表現為不同顏色的現象。專業釋義為：寶石的顏色隨入射光光譜能量分布或入射光波長的改變而改變的現象稱為變色效應。多表現為在自然光下和在白熾燈下顏色不同。　　變色效應的寶石　　變色效應由寶石對光有針對地選擇性吸收所致。具變色效應的寶石品種只有金綠寶石、石榴石及合成剛玉、尖晶石等。其中以金綠寶石變石最為出名，可直接稱為變石，據傳說1830年，在俄國沙皇亞歷山大二世生日那一天，發現了變石，故將這種寶石命名為「亞歷山大石」。　　目前具有變色效應的寶石，其效應均是在日光（或日光燈）下呈藍綠-綠色，在白熾燈下呈紫紅-紅色。原因是它們均具可透過紅光和藍綠光，同時強烈吸收其它色光的性質。而人眼感覺均為白色的日光和白熾燈光，實際前者藍綠波長較強，後者紅波長較強。　　希望通過此文能使大家對寶石的特殊光學效應與礦物晶體性質的關係有所了解。　　來源：中國科學院地質與地球物理研究所
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