《光学-. 光的基本性质及宝石的光学性质课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光学-. 光的基本性质及宝石的光学性质课件（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第五章宝石的光学性质第一节 光的本质1.光的电磁波理论以麦克斯韦为代表的电磁波理论认为光是一种电 磁波，以波动的形式，将光源辐射能从近至远地 向前传播；在波动中质点的振动方向和波的传播 方向相互垂直，为一种横波(如图所示)。 n宝石学中常用波长单位为纳米，即10-9。有些情 况下用波数来表示波长范围，波数即单位长度内 波的数目，其单位为cml。波数值与波长成反比 。n光的波动理论很好地解释了光的干涉、衍射及宝 石中相应的一些光学现象。 n光的量子理论普朗克在1900年提出了光的量子理论，认为 各种频率的光只能不连续地被发射和吸收，即光具 有粒子性，能量是不连续的，是量子化的。爱因斯坦进一步提
2、出，光的辐射场也是量子化 的，光在空间传播也具有粒子性，即一束光是一束 以光速运动的粒子流，这些粒子称为光量子，或光 子，不同频率的光子具有不同的能量。光的粒子性很好地解释了光的直线传播、光的 折射和反射，能解释宝石的颜色成因，以及荧光、 磷光等现象。 现代科学证实，光具有波粒二像性，只有将光的波动理论与光的量子理论结合起来，才能对光的本质进行完整的解释。 第二节 自然光与偏振光1.自然光一切从光源直接发出的光波，统称为自然光，如 太阳光、灯光等。 2.偏振光n 在垂直光波传播方向的某一固定平面内沿一固 定方向振动的光波称为平面偏振光，简称偏振光 或偏光。如图134所示，偏振光的振动方向 与传
3、播方向构成的平面称振动面。3.自然光和偏振光在宝石中的传播特点第三节 光的折射与反射 光的全反射及全反射临界角根据折射定律，当光波由光疏介质(介质1)射入光密介质(介质2) 时，折射光的光速变小，相对折射率1，入射角大于折射角(i )， 折射光靠近法线方向传播；反之，当光波由光密介质进入光疏介质时， 折射光的光速将变大，相对折射率小于l，入射角小于折射角(i n，全反 射临界角为，它们之间可有如下关系。即sin/ sin90= n/ NnNsin光的漫反射n当一束平行光线照到理想抛光平面或镜面时，入 射光的绝大部分，依反射定律沿同一方向被反射 ，且入射角与反射角相等，这种反射称为镜面反 射。n
4、当一束光线照到物体凹凸不平的表面时，光沿着 不同的方向发生反射，称为光的漫反射。 第四节 光的干涉与衍射 1. 光的干涉n波长相同、相差恒定、传播方向相近的两束或两 束以上的光在同一介质中相遇时，在交叠区相互 作用产生相长增强或相消删除的现象称为光的干 涉作用。n并不是任意两束光相遇都可发生干涉作用。能发 生干涉的两束光必须符合以下条件：即两束光的 频率相同，振动方向相同，位相相同或位相差恒 定。2.光的衍射n光波在遇到障碍物时，偏离直线方向传播的现象 称为光的绕射，也称为光的衍射。 n衍射的条件：只有当障碍物的大小与光波波长 十分相近，衍射才能发生。n单色光发生衍射时，衍射结果产生明暗相间的
5、 条纹；当复色光发生衍射时，产生的将是五颜 六色的彩色条纹，衍射效应产生的是纯正的光 谱色。 光的衍射在宝石学中主要的应用有两个方面：n其一，利用光的衍射原理而设计的衍射光栅，是 宝石用分光镜的主要构件之一。n其二，利用光的衍射原理，可解释宝石中的一些 特殊光学效应，如变彩效应。 3.光的散射散射是指由传播介质的不均匀性引起的光线 向四面八方射去的现象。 n若散射中心非常小，即引起散射的粒子小于光的波 长（dNmNp。 Ng-Nm大于Nm- Np时为正光性，Ng-Nm小于Nm-Np时为 负光性。双折率等于Ng-Np的绝对值。二轴晶光率体 （三轴椭球体）4.光性方位n光率体主轴与晶体结晶轴之间的
6、关系称为 光性方位。n1 高级晶轴晶体的光性方位n等轴晶系是高级晶族中唯一的晶系，等轴晶系的宝石为均 质体，其光率体是一个圆球体，所以通过光率体中心的任 意三个互相垂直的直径都可以与三个结晶轴相当。球体半 径代表折射率的大小。中级晶轴n中级晶轴晶体只有一个高次轴（三次 、四次或六次轴），一轴晶光率体的 旋转轴（光轴）与晶体的唯一高次对 称轴（C轴）相一致，无论是正光性晶 体，如石英，还是负光性晶体，如方 解石，都是光率体的光轴与晶体的C轴 一致。4.光性方位中级晶族低级晶轴n斜方晶系晶体的最高对称要素为3L23PC，所以斜方晶系 的光性方位是：光率体的三个主轴与晶体的三个结晶轴相 重合，至于是
7、那一个主轴与那一个结晶轴重合，因晶体不 同而不同。如宝石黄玉是：Nm=Y轴，Ng=Z轴，Np=X 轴。（NgNmNp）。n单斜晶系晶体的最高对称要素为L2PC。在晶体定向时， 如取b为唯一轴，此时b轴方向包含二次对称轴与对称面的 法线重合，它可与光率体三个主轴之一重合，其余二主轴 与结晶轴斜交。究竟那一个主轴与Y轴一致，其它二主轴 与Z轴或X轴的斜交角度有多大，视晶体种类不同而异。 如透闪石。低级晶轴n三斜晶系的对称程度最低，只有一个对称 中心或只有一个一次旋转轴，三个结晶轴 互相不垂直，故三斜晶系的光率体的三个 主轴与结晶轴斜交，其斜交角度因晶体而 异。4.光性方位低级晶族各晶系与光学性质的
8、关系表对称 光性 一轴晶 非晶质、等轴晶系只有一个折射率值n（光学上各向同 性） 一轴晶三、四、六方晶系 有两个主折射率值：No和Ne，一轴 晶正光性NoNe。 二轴晶 斜方、单斜、三斜晶系 有三个折射率：Np、Nm、Ng，二轴 晶正光性NgNm NmNp；负光 性NgNm no ，称为正吸收 ；反之ne nmnp时 ，称为正吸收; ng 25%，表面呈金属般的光 亮，一般不透明，宝石矿物极少具金属光泽，如黄铁矿。 通常折射率n3。（2）半金属光泽具半金属光泽的宝石矿物，其R=25%-19%，表面呈弱 金属般的光亮，一般不透明，如黒钨矿和铬铁矿。通常折 射率n=2.603。（3）金刚光泽具金刚
9、光泽的宝石矿物，其R=19%-10%，表面金刚石 般的光亮，透明半透明，以钻石为代表，通常折射率 n=2.92.60。（4）玻璃光泽等具玻璃光泽的宝石矿物，其R=10%-4%，表面玻璃般的 光亮，透明半透明，如祖母绿、水晶、黄玉等宝石，通 常折射率n=1.31.9。 在宝石中常见的一些特殊光泽： （1）油脂光泽有一些颜色较浅，具有玻璃光泽或金刚光泽的宝石的不平 坦断面上或集合体颗粒表面所见到的一种光泽。如石英断 口可为油脂光泽，石榴石和磷灰石的断口也多为油脂光泽 。n（2）树脂光泽n一些颜色为黄黄褐色的宝石，断面上可见到一种类似于 松香等树脂所呈现的光泽。如琥珀，其断面上常见树脂光 泽。n（3
10、）蜡状光泽n在一些透明半透明玉石矿物的隐晶质或非晶质致密块体 上，由于反射面不平坦，产生的一种比油脂光泽暗些的光 泽，如块状叶蜡石的光泽。n（4）土状光泽n一些细分散的多孔隙的宝石矿物因对光的漫反射或散射而 呈现一种暗淡的土状光泽，如风化程度较高的绿松石。n（5）丝绢光泽n一些透明的原具玻璃光泽或金刚光泽的宝石矿物 ，当它们呈纤维状集合体的形式出现时，或一些 具完全解理的矿物表面所见到的一种像蚕丝和丝 织品那样的光泽，如虎睛石。n（6）珍珠光泽n在珍珠的表面或一些解理发育的浅色透明宝石矿 物表面，所见到的一种柔和多彩的光泽，如珍珠 。钻 石： 金刚光泽锆 石： 亚金刚光泽 石榴石：强玻璃光泽至
11、亚金刚光泽 托帕石：玻璃光泽 n由于反射光受到宝石矿物颜色、表面平坦程度、 集合体结合方式等的影响，还可以产生一些特殊 的光泽。如油脂光泽 如：水晶断口面树脂光泽 如：琥珀蜡状光泽 如：叶蜡石丝绢光泽 如：木变石珍珠光泽 如：（养殖）珍珠土状光泽 如：劣质的绿松石绿松石：蜡状光泽 珍 珠：珍珠光泽 琥 珀：树脂光泽 木变石：丝绢光泽 光泽在宝石鉴定中的应用1.光泽是宝石的重要性质之一。在宝石的肉眼鉴定 中，光泽可以提供一些重要的信息。尖晶石、石 榴石、锆石；海蓝宝石、托帕石。 2.光泽在宝石鉴定中的另一个应用是对拼合石的鉴 定（如石榴石、玻璃拼合石），包括对贴皮翡翠 毛料的识别。 3.光泽可以
12、反映宝玉石的质地细腻均匀度，也是宝 玉石（尤其是翡翠等玉石）质量判定的依据。 4.光泽能够反映宝玉石的加工精细度。抛光精良的 宝玉石光泽好。第九节 宝石的透明度n透明度的物理定义物体的透明度是指物体允许可见光透过的程度， 假设入射光的强度为I。，当光穿过一定厚度的介 质后，强度减弱到I，则II。，为介质的透 射因数，的值介于01之间，越接近l，介质的 透明度越高。在宝石的肉眼鉴定中，通常将宝石的透明度划分为 五个级别。1.透明 如：水晶。2.亚透明 如：烟晶 3.半透明 如：一些质量较好的电气石。 4.亚半透明 如：黑曜岩。5不透明 如：孔雀石。n目前珠宝界对透明度级别的划分逐渐趋向于采 用三
13、分法，把宝石透明度划分成：透明半透明不透明透明宝石n 水晶 n 绿柱石 n 托帕石 烟晶人体 雕件 亚透明宝石半透明宝石n月光石n玛瑙亚半透明（微透明）宝石 n软玉n岫玉n翡翠n绿松石 n青金石 不透明宝石n影响宝石透明度的因素1.晶体结构（化学成分）2.颜色3.颗粒结合方式4.厚度5.内含物（杂质、裂隙等）第十节 宝石的发光性n宝石的发光性是指宝石在外来能量的激发下，发 出可见光的性质。n能激发发光的因素很多，如摩擦、加热、阴极射 线、紫外线、X射线等。n荧光：宝石在受外界能量激发时发光，激发源撤 除后发光立即停止，这种发光现象称为荧光。n磷光：宝石在受外界能量激发时发光，激发源撤 除后仍能在较短的一定时期内继续发光的现象称 为磷光。 荧光形成机理1荧光形成机理2磷光形成机理n在实验室中，宝石发光性特点，可作为宝 石鉴定的依据之一。天 然 钻 石合 成 钻 石翡翠A货翡翠B货
