珠宝知识227：珠宝考研考证篇（四十四）：光率体
宝石的光学性质在鉴定过程中，应用的就是宝石的折射率，在测定宝石折射率的时候，所得到的相关信息也最为全面，除了单纯的折射率以外，还可以计算宝石的双折射率，并且通过观察相关的现象，从而推测出宝石的“光性”和“轴性”，所有的数据综合起来，就为“确定宝石的种属”获得了确定性的证据。
所以在学习宝石学相关的光学性质中，折射率的相关概念以及应用也是最多的。那么为了更好的研究宝石的光学性质（尤其是折射方面的性质），引入了光率体这样的一个概念。
在前面“自然光与偏振光”相关的课程中，我们提到，自然光通过双折射的作用，可以将一束自然光转化成为两束振动方向相互垂直的光，这两束光往往存在着不同的折射率，因此根据宝石的这类性质，建立起一个立体的几何图形——椭球体，这个椭球体在晶体光学中，称之为光率体。
在这个椭球体当中，椭球的半径代表的是光的振动方向，半径的长短，代表的是对应光线的振动方向。
再强调一遍，线段的方向（椭球体的半径）代表光的振动方向，长度代表折射率的大小。
我们知道了这个椭球体中相关的几何参数代表的意义，下面我们看一下这个椭球体是如何做出来的。
假设一束自然光照射到一颗宝石时候，（除了特殊的方向以外）往往会发生双折射现象，两束光线的振动方向相互垂直，那就以这可宝石的中心点为起点，垂直于光的传播方向（一定要垂直于光的传播方向，因为光的振动方向与光的传播方向相互垂直）画两条线段（那么线段的方向代表的就是振动方向），用线段的长短代表折射率的大小，折射率越大，相应的线段长度就会越长。
这时，两条相互垂直的线段就可以确定出一个平面，然后将线段的四个端点以椭圆的方式联结起来，就可以形成一个椭圆形。
如下图所示，假设一束光线以垂直于电脑屏幕的方向射向一颗宝石，发生双折射现象，分解成为两束振动方向相互垂直的光线，振动方向垂直于光的传播方向，因此振动方向应该平行于电脑的屏幕，以宝石为中线画两条线段，分别为AC和BD，这两条线段的方向就代表光的振动方向。AC线段的长度明显大于BD的长短，代表折AC光线的折射率大于BD所对应的光线，然后将ABCD四个点以椭圆的联结方式联结起来，就形成了一个椭圆形。
但是一颗宝石在空间上是一个立体的几何形态，因此在不同方向上照射宝石，就可以得到一个这样的椭圆形，把所有的椭圆形组合在一起，就会形成一个椭球体，这个椭球体，就叫做光率体。
二、光轴的概念。
刚刚我们注意到，我在说到宝石双折射率的时候，有一句话叫做——除特殊方向以外。也就是说，在宝石中，从会存在某个方向，当光线沿着该方向入射的时候，不会发生双折现象。我们将这个特殊的方向，叫做光轴，这个方向除了不发生双折射以外，入射光线的性质也不会发生改变，也就是说，当自然光入射之后，依然是自然光，偏振光入射之后依然是偏振光，且振动方向不变。
对于中级晶族的宝石来讲，只有一个这样特殊的方向，并且与Z轴相互平行，我们将其称之为一轴晶宝石。
对于低级晶族宝石，具有两个这样特殊的方向，称之为二轴晶宝石。
下图为红宝石原石，Z轴或者L3的方向就为光轴方向。
三、光性均质体与光性非均质体
1、光性非均质体：
在宝石中，多数宝石除了特殊的方向以外，是可以发生双折射现象的，这类宝石的光学性质在不同方向上有一定的差异，因此可以理解为宝石的光学性质是不均匀的，这类宝石我们称之为光性非均质体，简称非均质体。中级晶族和低级晶族的宝石，都属于光性非均质体，例如红蓝宝石、祖母绿、金绿宝石、橄榄石等等。
2、光性均质体
对于高级晶族以及非晶体的宝石来讲，在任何一个方向入射光线，都不会发生双折射现象，不同振动方向上的光折射率是相同的，我们将这类宝石称之为光性均质体，简称均质体。当光线入射到均质体宝石时，光的性质不会发生改变——自然光依然是自然光，偏振光依然是偏振光，且振动方向不变。钻石、萤石、尖晶石、欧泊等宝石都属于均质体宝石。
四、不同类型宝石的光率体
1、均质体光率体
对于这类宝石来讲，不同振动方向的折射率是相同的，以宝石为中心，在不同方向上画出来的线段都是等长的，因此得到的立体几何图形是一个球体。
2、一轴晶宝石光率体
水晶属于三方晶系宝石，因此属于一轴晶宝石，以该宝石为例，看看一轴晶宝石的光率体是如何制作出来的。由于选择一些特殊的方向，对分析问题更加有利，因此我们也选择相应的特殊方向来分析问题，对于一轴晶宝石，选择垂直于光轴和垂直光轴两个特殊的方向。
首先，对于一轴晶宝石来讲，有一个特殊的方向是不发生双折射的，这个特殊的防线与Z轴相互平行，所以，选择的第一个方向就是让光线沿着Z轴传播，该方向不发生双折射，不改变光的性质，因此依然属于自然光，同时不同振动方向上的光折射率是相同的，因此以宝石的中心为起点，以垂直光的传播方向画线段，此时的折射率为1.544，因此线段的长度按照相应的比例画出，不同方向上的线段长度是相同的，所以，将线段的端点联结来之后，得到的是一个正圆。
第二，当入射光线垂直光轴传播的时候，宝石会发生双折射现象，分解为两束振动方向相互垂直的光，水平振动方向光，折射率为1.544，竖直振动的光折射率为1.553，那么在宝石的中心为起点，画两条相互垂直的线段，并按照一定的比例确定线段的长短，此时就会得到一个椭圆形。
第三，将光线的入射方向围绕着Z轴进行旋转，光的传播方向依然垂直于Z轴，得到的依然是长短轴分别为1.544和1.553的椭圆形，将所有的椭圆形联结起来，就会形成一个空间的椭球体，由于这类椭球体的横截面为圆形，因此也称之为旋转椭球体。
从水晶的光率体的制作过程中，我们可以看到，无论从那个方向入射到水晶中，永远都会存在一个折射率为1.544的光线，这束光线的折射率不会随着振动方向的改变而发生改变的，折射率是固定的，将其称之为“常光”，可以理解为“正常”的光线。它的折射率我们用No来表示，O是ordinary的缩写，是普通、平常的意思。
我们在制作的过程中，选择都是特殊的方向（平行于光轴传播和垂直于光轴传播），当光线的入射方向与光轴斜交的时候，也会获得一个椭圆，这个椭圆的形状明显要小No和Ne所组成的椭圆，椭圆的两个主轴分别代表两束光线的振动方向，长短代表的两束光线的折射率的大小，常光的折射率由于不发生变化，依然用No来表示，但是对于另外一条光线，折射率用Ne’表示，以区别Ne。
由此我们引入正光性和负光性的概念。
当Ne＞No时，称为正光性，宝石中的水晶、锆石、金红石、合成碳化硅均为一轴晶正光性宝石。
当Ne＜No时，称之为负光性，宝石中绿柱石（祖母绿、海蓝宝石）、刚玉（红宝石、蓝宝石）、磷灰石等等，均为一轴晶负光性宝石。
3、二轴晶光率体
二轴晶的光率体的制作方式原理是相同的，在这里就不详细介绍了。对于该类宝石，光率体是一个三轴椭球体，其外形类似于橄榄球，具有三个主轴，这三个主轴分别对应三个折射率，从大到小依次为Ng、Nm和Np，也就是说Ng＞Nm＞Np。
二轴晶宝石正负光性的判断，主要依据折射率的差值来进行判断的
当Ng-Nm＞Nm-Np时，为正光性(+)，葡萄石、顽火辉石、金缕宝石、绿松石、托帕石等为二轴晶正光性。
当Ng-Nm＜Nm-Np时，为负光性(-)，绿帘石、蓝柱石等为二轴晶负光性宝石。
好了，关于宝石的光率体，就分享到这里，希望对大家有所帮助。
联系客服
