02宝石学基础(光学物理学性质).ppt

* * 地质学专业限选课—宝玉石学 第三章 宝石学基础 一.晶体和晶系 1.晶体（晶质体）和非晶质体 (1) 晶体：晶体是具格子构造的固体。一般可以理解为：凡属晶体，就必须具有一定的化学组成；化学组成中的质点(原子、离子或分子)做有规律的周期性的重复排列(格子状构造)；晶体外部有受格子状构造制约的几何形态(由晶面、晶棱、角顶构成)。例如：水晶、刚玉、绿柱石、金刚石等。 (2) 非晶质：有些貌似固态的物质，有一定的化学组成，但质点只按短程有序排列，不具格子状构造，称为非晶质，如玛瑙、火山玻璃、琥珀和人造玻璃等。 2.晶系 按照晶体中质点的对称程度将晶体划分为三个晶族七个晶系。 晶体是占有三度空间的几何体，交于晶体中心的三条或四条假想的直线称为晶体的结晶轴，根据结晶轴的长短，相互之间的交角和晶体的对称要素，晶体共分七大晶系。 (1)等轴晶系 ; (2)三方晶系 ; (3)四方晶系 ; (4)六方晶系 ; (5)斜方晶系 ; (6)单斜晶系 ; (7)三斜晶系 。 二、宝石的光学性质 1 自然光和偏振光 光是一种横波，也就是说光的传播方向与光的振动方向相互垂直。按光的振动方向可分自然光和偏振光。 (1)自然光：自然光是在垂直光波传播方向的平面内，各方向都有等幅的光振动。直接从光源发出的光如太阳光、电灯光均属自然光。 (2)偏振光：自然光经过反射、折射、双折射或通过特制的起偏片（选择吸收）以后，改变了光的振动方向，使其成为只在一个固定方向振动的光波，这种光波称为平面偏光，简称偏振光或偏光。宝石学界常使用偏光来观察宝石的一些光学性质。 2 光的折射和全反射 (1)光的折射：光波和机械波一样，当它从一种介质射入到另一种介质时，在两种介质的分界面上，将产生反射和折射现象。反射光波按反射定律反回原介质，折射光波则按折射定律折射而进入另一种介质。 (2)光的全反射及全反射临界角：光由光密质向光疏质传播,当折射角等于90°时，此时的入射角就是光疏介质的“全反射临界角” 。 3 光波在均质体和非均质体中的传播 根据晶体的光学性质，可以把透明物质分为均质体和非均质体两大类。等轴晶系矿物和非晶质体物质的光学性质各方向相同，称为光性均质体，简称均质体。如钻石、石榴石、尖晶石、萤石、火山玻璃等都是均质体。 中级晶族和低级晶族矿物的光学性质随方向而异，称为旋光性非均质体，简称非均质体。如红宝石、蓝宝石、祖母绿、水晶、橄榄石、黄玉等。绝大多数宝石属于非均质体。 (1) 光在均质体中传播有两个特点：光速不变，折光率相等，光的振动方式不变，自然光进入均质体仍为自然光，偏振光进入仍为偏振光，且其振动方向基本不变。属均质体的宝石有等轴晶系和非晶质体宝石。 (2)当自然光进入非均质宝石后，原来是在任意方向振动的自然光便分解成相互垂直的两条偏振光，传播速度除特殊情况外(光轴方向)也不相等，呈现了两条折光率不同的光波，此种现象称为双折射。最大折光率值和最小折光率值间的差值，称为双折射率。双折射及双折射率是识别宝石的主要特征之一。 4、一轴晶和二轴晶 (1)光轴：自然光在非均质晶体中传播，一般情况下均发生双折射现象，但也有一个或两个不发生双折射的方向，不发生双折射的方向就是该晶体的光轴方向，也称为光轴。 (2)一轴晶：在非均质晶体中，只有一个方向不发生双折射的晶体，称一轴晶。属一轴晶的宝石有四方晶系、三方晶系和六方晶系的宝石。 (3)二轴晶：在非均质晶体中，有两个方向不发生双折射的晶体，称为二轴晶。二轴晶包括斜方晶系、单斜晶系三斜晶系。这三个晶系的晶体，光在三个方向传播速度均不相同，故属二轴晶的晶体有三个折光率：Ng、Nm、Np。当Np靠近Ng为二轴晶正光性，当Np靠近Ｎm时为二轴晶负光性。 5 颜色 宝石的颜色是宝石经济评价的主要依据。颜色是矿物的重要光学性质之一。不少矿物有它的特殊颜色，因此它可以作为矿物的一种鉴定特征。例如孔雀石的特殊绿色、蓝铜矿的特殊蓝色都是鉴别这些矿物的重要特征。 （1）颜色：颜色是一种具有一定波长的电磁波。不同波长的可见光，会呈现不同的颜色。因此，宝石的颜色，是宝石对可见光范围内(390—770nm)，不同波长的光选择吸收后，透射或反射出光的混合色。 矿物的颜色是矿物对白光中不同波长的光波吸收的结果。如果是对各种波长的光波普遍而均匀地吸收，则随吸收程度不同而呈现黑、灰、白等色。如对各种波长的光波有选择性的吸收，则呈现各种较鲜艳的颜色。 红宝石的红色，是白光(可见光)通过红宝石时，红宝石将其中的蓝色和绿色波段吸收后，透射出来的光呈现的红色。蓝宝石对白光中红色、绿色波段吸收后，透射出的光呈蓝色。如果宝石对白光中各波段的光全部吸收，宝石就呈现黑色，若全部通过，宝石则无色透明。