宝石的特殊光学效应

宝石的特殊光学效应

八、宝石的特殊光学效应

1.猫眼效应

琢磨成弧面型的某些宝石表面出现的从一头到另一头的明亮光带，这条亮带由来自平行定向的反射光产生。

当宝石含有极其丰富的包裹体，具备以下条件时便可产生显著的猫眼效应。

一组针管状包裹体密集而平行的排列;琢磨的宝石使其底面平行于包裹体的方向。这些平行排列的包裹体可以是矿物的针状体，也可以是这种针状包裹体留下的洞穴，偶尔微小的片晶也可能引起猫眼效应。加工时，琢磨成具有光滑的弧形顶面，以便使入射光能从宝石次表层的针状包裹体、洞穴或片晶中反射出来，所反射的光线垂直于包裹体方向(图6-1-3)。能产生猫眼效应的宝石有金绿宝石、碧玺、绿柱石、磷灰石、石英、方柱石、红柱石等，其中以金绿宝石产生的猫眼效果最佳。

图6-1-3　猫眼效应的产生与平行排列的针管状包裹体和加工有关

2.星光效应

在琢磨成弧面型的某些宝石中，见到四道或六道星状光线效应。星光是由几组定向排列的针管状包裹体对光的反射所造成。

当宝石中含有大量的针管状包裹体，并具备下列条件时能产生星光效应:①宝石具有至少两个方向和定向排列的针管状包裹体;②琢磨的宝石使其底面平行于包裹体的平面(图6-1-4)。

图6-1-4　星光效应与定向排列的针管状包裹体和加工方向有关

能显示出星光效应的宝石有红宝石、蓝宝石、铁铝榴石、尖晶石、透辉石、芙蓉石等。以刚玉为例解释星光的产生。

刚玉宝石的一些晶体中含有三组与横轴平行排列，与纵轴垂交的包裹体，各组包裹体相互间呈现60°交角。当宝石琢磨成弧面型且底面与这些包裹体的平面相平行时，光便从宝石中反射出而产生六道星光效应。

许多宝石，尤其是刚玉，虽具有定向排列的包裹体，但因数量不足而不能显示出星光。这类宝石经过琢磨后，偶尔可见从这些少量包裹体中反射出的光，这种光称之为丝光。

3.变彩

变彩实际上是一种干涉及衍射效应，指光线从薄膜或从欧泊所特有的结构中反射出，经过干涉或衍射作用而产生的颜色或一系列颜色，也称晕彩。

当两条光线(A、B)在相同方向上传播时，频率相同、位相相同并沿同一条光路传播，两光波的电矢量加强，波峰与波谷均重合时，它们相互增强，A、B两光线相加，合成光波C，以至光强度增大。

当两条光线在相同方向上以同等强度传播时，一条方向的波峰与另一条光线的波谷相重合时，彼此间相互抵消，A、B两光线发生相消干涉，合成直线C，合成波消失，光便完全消失。

上面叙述只是两条单独的光线，而光具有相同的波长。事实上，宝石中所见到的干涉色是发生在无数条白光光线受到干涉的情况下，而白光又是由无数不同波长的波(颜色)所组成。当某些波长的波(颜色)被破坏，某些在强度上减弱或加强就会产生一系列干涉，出现变彩效应。变彩可分多色和单色变彩。

(1)多色变彩:欧泊具有艳丽的色彩，当转动宝石时光彩变幻，闪耀迷人。欧泊的变彩是一种天然衍射光栅，导致白光衍射而呈现的一种光学效应。欧泊是由二氧化硅和少量的水形成的圆球，按三维点阵紧密排列组合在一起，间隔约250μm，填充球间空隙的是半透明或透明基体，它与球的成分类似而折射率略有不同。当白光进入三维衍射光栅时，被均匀而规则的二氧化硅球体衍射呈现很纯的颜色，随着光线入射角度的不同，某些光波消失，某些光波加强，某些光波减弱。当转动宝石时就会出现多种颜色。

(2)单色变彩:如月光石，单色变彩为蓝色，给人一种柔和、静雅的感觉。当光线进入月光石时，由于内部细小的出溶体对光线的衍射造成定向辉光。由微细结构或微细包裹体对光的散射形成的半透明混浊质感则称为乳光效应。

4.砂金效应

半透明的单晶宝石中含有片状包裹体，当光照射时因反射作用而闪闪发亮，这种现象称为砂金效应。

如日光石内含有大量的赤铁矿小薄片或东陵石中有无数铬云母片，在光照射下，光亮闪闪。仿宝石中金星石多属人工玻璃，SiO₂成分中混有纯铜碎片，烧结后琢磨成各种工艺品，也称“砂金石”，颜色有黄褐色、暗蓝色。

5.变色效应

金绿宝石变石品种在日光和灯光下观察，出现截然不同的两种颜色，日光下呈现绿色，灯光下呈现红色。

变色成因的最佳解释是一种颜色的平衡，变石成分中含有微量元素铬(Cr)，铬元素在红宝石中形成红色，在祖母绿中形成绿色，而在变石中铬元素需要的能量正好处于红色和绿色之中，因此宝石的颜色取决于所观察的光源。变石在绿光充足的日光下呈现绿色，在红光充足的烛光中呈现红色。