《宝石琢型设计原理》PPT课件

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1、宝石琢型设计原理一、宝石琢型设计光学原理1、刻面琢型宝石的光学效果刻面宝石的特殊光学效果是体现其美感的重要特征，主要表现在亮度（Intensity）、火彩（Fire）、闪烁（Sparkle）三个方面，三者的综合效果称为明亮度（Brilliance）。（1）亮度亮度也称明亮度，指刻面宝石在白光照射下的反射光强度，它包括宝石表面反射光和内部反射光两个部分，也称表面亮光和内部亮光。1）表面反射光宝石的表面反射光也称为光泽。宝石光泽的强弱主要取决于宝石的折射率（N）和反射率（R），二者之间有下列简化关系式：由公式可见，折射率和反射率成

2、正比关系。也就是说，宝石的折射率越大，则反射率越大，光泽就越强，其抛光表面也就更明亮。钻石的反射率R为多少？水晶的反射率R为多少？钻石的折射率n约为2.42，反射率R为17%，呈金刚光泽；而水晶的折射率n约为1.55，反射率R为4.6%，呈玻璃光泽。因此，从表面上看，钻石比水晶要显得"亮"得多。2）内部反射光宝石的表面反射光（光泽）对其亮度的贡献固然重要，但与其内反射光作用相比，刻面宝石的内反射作用对亮度的影响则远胜于表面反射作用。以刚玉宝石为例，刚玉的折射率N约为1.76，表面反射率R为0.76。仅有7.6%的入射光在表面发

3、生反射，如果让其余92.4%的入射光在进入刚玉刻面宝石内部。由此可见，内反射作用才是提高刻面宝石亮度的真正潜力。光线在宝石内的全内反射作用i-入射角；r-折射角；θ-临界角宝石的临界角（i）与其折射率（n）有关，可用下式表示：由式中可以看出，宝石的折射率越大，则临界角越小。由于折射率和临界角都是宝石的固有光学常数，无法改变，而唯一能改变的是使光线在进入宝石体内经过各个刻面时的入射角度。因此，根据宝石的折射率和临界角大小来合理的设计刻面宝石的琢型比例和角度，才是增强宝石亮度的唯一途径。3）刻面角度对亮度的影响刻面角度对亮度的影响

4、是非常明显的，尤其是亭主面角度和冠主面角度。如果这些角度设计不当，过大或过小都会导致刻面宝石的厚度过大或过小，使光线不能从正面出射而是在亭部漏失，造成宝石外观亮度的减弱。主要刻面角度对产生内反射亮光的影响①只有当琢型的各部分比例和角度合适时,才能使光线在亭部产生全内反射作用，而从冠部射出,呈现较好的内反射亮光；②如果亭部主面角度过大，会造成亭部的比例过深，使光线在亭部刻面上发生折射作用，从亭部侧面漏出体外（称第二次漏光现象）,导致光线损失，亮度较弱；③如果亭部主面角度过小，会造成亭部的比例过浅,也使光线在亭部刻面上发生折射作用

5、，从亭部背面穿透漏失（称第一次漏光现象），导致亮度不佳；④如果冠部的主面角度不当,除可能会造成亭部漏光外,还会使经过亭部的内反射光线在到达冠部刻面时再次发生内反射,最终也要导致亮光的重大损失。刻面宝石折射率与其临界角、冠角、亭角的关系范围表折射率临界角冠主面角亭主面角1.40-1.6045°36′-38°42′40°-45°43°-45°1.60-1.8038°42′-33°4237°-43°39°-43°1.80-2.0033°42′-30°35°-37°41°-42°＞2.00＜30°34°-35°40°-41°（2）火彩

6、火彩指刻面宝石因色散作用而呈现光谱色闪烁的一种光学现象。火彩现象主要出现于具有高色散率的无色和浅色的透明宝石，并与琢型的比例和角度等因素密切相关。1）色散与色散值色散是由于组成白光的各种波长的光都以不同的角度折射而导致白光分解为可见光谱组成色的现象。同理，刻面型宝石是由若干个抛光平面构成的几何多面体，当白光经过其倾斜刻面时，也同样会发生与棱镜分光类似的色散作用。色散值是反映材料色散强度的物理量。通常用弗朗霍芬谱线中的G（430.8nm）和B（686.7nm）相当的蓝紫光与红光所测得的折射率之差值作为色散值。钻石的G线折射率=2

7、.451钻石的B线折射率=2.407则，钻石的色散值=2.451-2.407=0.044色散值是宝石材料的固有光学常数，色散值越大，反映其色散能力越强，产生火彩的潜力越大。在琢型设计中，对于色散值较高的无色或浅色透明宝石材料，应注重开发其火彩潜力。2）火彩的形成方式火彩是刻面宝石对白光的色散作用而产生的光谱色闪烁，色光会随着白光的入射角度不同而变化。假定白光从冠部正向照射宝石，火彩的形成方式可大致分为两种：①白光从冠部斜刻面出射的色散作用产生火彩②白光从冠部台面出射的色散作用产生火彩①白光从冠部斜刻面出射光线从冠部斜刻面射出的

8、色散作用i-入射角；θ-临界角；r-折射角；r'-折射角由于光线是从宝石（光密介质）向外即空气（光疏介质）折射，故各种色散光的折射角均大于入射角。火彩的强弱与冠部倾斜刻面的倾角有关，刻面倾角越大，光线的入射角也越大，各种色散光的差异也会随着入射角的增大而增大，色散作用也增强，