几何光学的三大定律

抛开光的波动性质，仅以光的直线传播性质为基础，研究光在透明介质中的传播问题的光学称为几何光学。几何光学的三大定律为：①光的直线传播定律；②光的反射定律；③光的折射定律。它们是各种光学仪器设计的理论基础，也是研究晶体光学重要的理论基础。

一、光的直线传播定律

光在同一介质中是直线传播的，称为光的直线传播定律。例如：阳光照进屋里，夜间手电筒的亮光，其传播路线都是直的。这些现象说明，光在空气里是直线传播的（像空气这样能够传播光的物质称光的介质），实验表明，光在水、玻璃介质中也是直线传播的。

光在真空中（或空气中）光速为30×108 m/s，光在水中的速度约为真空中的3/4，而光在玻璃中的速度比在水中小，这表明光在不同介质中的传播速度是不同的。

光在其中传播速度比较快的介质称为光疏介质，传播速度比较慢的介质称为光密介质。光疏、光密是相对的，例如，水相对空气来说为光密介质，而水相对玻璃或晶体则为光疏介质。一般空气为低密度、低折射率、高光速的，而矿物则为高密度、高折射率、低光速的。

二、光的反射及反射定律

1反射（Reflection）的概念

光从一种介质射入另一种介质时，在光滑界面上，如果部分光仍回到原介质中，这种现象称为光的反射。其光路是可逆的。

2反射定律

光的反射遵循反射定律（图1-8A），即①反射光线位于入射光线和界面的法线所决定的平面内；②反射线和入射线分别在法线的两侧；③反射角θ等于入射角i。

三、光的折射及折射定律

1折射（Refraction）的概念

光线从一种介质进入到另一种介质，在界面处传播的方向会发生改变，即入射光线和折射光线不在一条直线上，这种现象称为光的折射。例如：筷子放在盛水的杯子中，看起来筷子不是直的，而是折断的。

光学上将两种介质分界面的垂线称法线，入射光线与法线的夹角称入射角，以i表示；折射光线与法线的夹角称折射角，以r表示。当光发生折射时，入射角i与折射角r不相等（图1-8B、C、D）。

图1-8 光的反射、全反射及折射现象

2折射定律

光的折射遵循折射定律，即①折射线在入射线与法线所决定的平面内；②折射线和入射线分别在法线的两侧；③两介质一定时，入射角i的正弦与折射角r的正弦之比为一常数N，N称为折射介质2对入射介质1的相对折射率，即。

四、折射率

1折射率（Refractive index）的概念

光在两种不同介质中速度的比值叫做相对折射率。

光波在真空中的传播速度（c）和光波在折射介质中的传播速度（Vr）的比值称绝对折射率，简称折射率。一般用N表示。

折射率也可以用入射角和折射角的正弦之比来确定，设光线从空气射向介质（矿物晶体）的入射角为i，在介质内的折射角为r，则介质的折射率。

光在真空中的传播速度最大，c=3×108 m/s，即每秒30万千米，真空折射率为1。由于光在空气中的传播速度与光在真空中传播速度几乎相等，故通常可将空气的折射率视为1（严格地说，空气的折射率应为100029）。而光在其他各种液体和固体介质中的传播速度总小于真空中的传播速度，故晶体的折射率总大于1。

实验证明，折射率反映了光在介质中的传播速度，传播速度越大（越快），折射率越小；反之，传播速度越小（越慢），折射率越大。例如，宝石的折射率就是光在空气中的传播速度与在宝石中的传播速度的比值。已知光在空气中的传播速度为30×105 km/s；而在钻石中的传播速度为123967 km/s，在水晶中的传播速度为193548 km/s，在尖晶石中的传播速度为174419 km/s，那么，钻石、水晶、尖晶石的折射率分别为：

晶体光学与造岩矿物

对于某一宝石矿物来说，其折射率是一个固定的常数，而不同的宝石矿物的折射率不同，根据实验测定的几种物质的折射率列于表1-1。由于宝石矿物折射率的大小反映了它的化学成分与晶体结构，所以折射率对宝石矿物的鉴定具有重要的意义。

表1-1 实验测定几种物质的折射率

造岩矿物、宝石矿物折射率的大小与其化学成分、晶体结构密切相关，如硅酸盐矿物的折射率随化学成分Ca、Ti、Cr、Fe、Mn含量的增多而增大；而随晶体结构的紧密程度降低、光的传播速度增大而减小。由岛状的橄榄石→单链辉石→双链的角闪石→层状的云母→架状的长石，其折射率是逐渐降低的。所以折射率对造岩矿物、宝石矿物的鉴定是具有重大意义的。同种矿物由于不同方向的内部结构差异，其各方向的光学性质也不一样。

大多数透明矿物的折射率介于13～24之间，在岩石薄片中，矿物折射率相对大小，可以通过糙面、突起、贝克线及洛多奇尼夫色散效应等现象的观察进行判断。另外均质体与非均质体、一轴晶与二轴晶、光性正负、双折射率、光轴角等光学常数的测定都与折射率值有关。均质矿物只有一个折射率N，非均质矿物的折射率随方向变化而不同，一轴晶矿物有两个主折射率Ne和No。二轴晶矿物有三个主折射率Ng、Nm和Np。一般所说的折射率是指对黄光波长的折射率，也可近似看作相当于白光平均波长的折射率。从以上可知折射率大小与化学成分、晶体结构、传播速度及波长等四个因素都密切相关。

2折射率与临界角的关系

临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于90°时对应的入射角称为临界角。

全反射：必须具备两个条件：①当光从光密介质射入光疏介质时，②当入射角大于临界角时，就会发生全反射，即入射光全部返回光密介质（图1-8D）。

从折射率的定义可知，光在介质中的传播速度越大（越快），折射率越小，临界角越大；反之，传播速度越小（越慢），折射率越大，临界角越小（图1-9）。

图1-9 宝石折射率（N）与临界角（φ）的关系图解

3临界角的计算方法

根据折射定律（N1sini=N2sinr），当入射角为临界角（φ），其折射角必为90°，而sin90 °=1，因此N1sinφ=N2sin90 °，故。只要知道某矿物的折射率便可求出临界角。例如：钻石sinφ=1/242=041，则φ=24 °20′；水晶sinφ=1/155=065，则φ=40 °50′。如宝石鉴定用的折射仪就是建立在全内反射原理的基础上的。

钻石折射率大，临界角小，全反射范围宽，光容易产生全反射，反射量大，所以钻石打磨后可显示出极强的金刚光泽；而水晶折射率小，临界角较大，全反射范围窄，打磨后它的火彩与光泽就不如钻石。由于折射率对宝石来说是一个常数，因而临界角也是一个常数，它是无法改变的，唯一能改变的是光线从宝石内进入空气前的入射角。

如果我们已经知道了宝石的临界角，按照一定角度切割成小面型的宝石，这一特定角度能使从宝石顶部入射的光线经底部小面的一系列反射，再从顶部穿透出。因为小面型宝石的切磨角度是按照临界角的要求设计的，所以，大部分光线在宝石内部作全反射后又从顶部射出（图1-10），这样就增加了宝石的明亮程度，这种效应叫做亮度。一粒切磨得好的钻石之所以具有很强的亮度，就是采用了合适的切磨角度，使进入宝石的大部分光线经全内反射后射到观察者的眼里。如果小面的角度切磨得不对，则进入宝石内部的光线因入射角小于临界角而不能发生全内反射，这样，光线将从底部穿透出去，这种现象叫做漏光。图1-11表示了漏光现象的两种情况，即切磨角度太大或太小、下部太深或太浅都会出现漏光。

图1-10 光在宝石中的全内反射

图1-11 切磨角度的大小对全反射的影响

牛顿（Isaac Newton，1642～1727）是阐明白光由7种不同颜色组成的第一位科学家。这7种颜色大致相应的波长范围（据Bloss，1961）如下（它可作分光镜鉴定宝石的波长范围）：

晶体光学与造岩矿物

牛顿将一束白光通过三棱镜后，白光便会分解成它的组成波长的7种色光，从而出现光谱色（彩虹就是太阳光经过雨滴色散后形成的色谱），他也反证了这种效应，把7种光谱色按等量涂在圆盘上，当快速转动这个圆盘时，这7种颜色重新汇合成白光。

图1-12 白光经过一个棱柱体发生色散

图1-13 宝石色散

白光分解成七色光称色散，也称火彩（图1-12，图1-13）。波长较长的红光的折射率较小，波长较短的紫光的折射率较大。色散率是根据特定波长的紫光（4308nm）与特定波长的红光（6867 nm）的折射率差值来表示的。宝石的色散常称为宝石的“火”，例如：钻石的色散就是利用上述方法计算出来的，D=N钻石紫-N钻石红=2451-2407=0044。钻石的色散率比所有天然无色宝石都高，在光的照射下，发出七色虹彩的闪光，使色散产生的色光增加了其内在的美，使之显得华贵而高雅。

另外，临界角对宝石设计师与宝石工匠是很重要的，他们常利用临界角的知识决定采用何种比例和角度来加工一粒小面型宝石，才能使之产生理想的效果。当光线正好以临界角离开宝石时，它的色散最强，这样佩戴在手上的宝石，当手在晃动时，入射光的方向也随之改变，便能显示出珠光宝气、光彩夺目。又如亮度，从顶部入射光线，在宝石内部作全内反射从顶部射出，这样增加了宝石的明亮程度。

一些常见宝石矿物的临界角列于表1-2。

表1-2 宝石的折射率及临界角

切工的好坏，除了在Finish（修饰度）上明显的标注外，最重要的其他指标是Measurements（尺寸）、Depth （全深比）、Table（台宽比）、Girdle（腰厚）这几个指标也是至关重要的，甚至在一定意义上来说，比Finish（修饰度）里的2个指标更加重要。但是一般来说，大多数客户能看懂并关心的是修饰度里的评价，这也不能完全怪客户不专业，而是鲜有一家钻石销售商将这些内部资料教给客户，也是时机问题。

一个钻石的切工好坏，最关键的是是否出火，也就是光线是否完美的穿过钻石折射出来七彩的光芒。

而这个光芒的来源并不是单靠修饰度来的，直接与钻石的各个部分比率有关系，正如我们挑选模特要标准的身高和三围一样，如果比例失调，就会大大的影响其外观甚至价值。

首先我们来认识钻石的各个部分，以圆钻琢型为例：

1Table就是台宽比，是指钻石最上一层面的宽度÷钻石腰围平均直径×100%；

2Depth 就是全深比，是指钻石的高度÷钻石腰围平均直径×100%，全深比也是Crown冠高比+Pavilion亭深比+Girdle腰厚；

3Crown就是冠高比，是指冠部高度相对于平均直径的百分比，冠高比=冠部高度÷钻石腰围平均直径×100%；

4Pavilion就是亭深比，是指亭部高度相对于平均直径的百分比，亭深比=亭部高度÷钻石腰围平均直径×100%；

5Girdle就是腰厚，是指钻石的腰的厚度，一般是文字描述，薄到中等或者中等到厚等；

6Measurements就是尺寸，是指钻石的腰围最小直径-最大直径×高度，单位毫米；

7Culet就是底尖，是指钻石最下面那个尖顶，有的钻石是有底尖的是58面，无底尖的是57面，一般很大的钻石比如上2克拉的钻石都有底尖，以免损坏；

好，这些数据的来源我们大概有了个了解，那么，是它们中的什么在影响钻石的火彩呢？我们先来看看钻石火彩的成因。

当一束白光通过钻石，如果它首先经过钻石的台面进行反射，然后在钻石内部折射，最后完全通过钻石台面折射出去，那么就会把白光分解成七色光，而主要波长的颜色是红、蓝、**，所以我们肉眼看一颗很好切工的钻石时，可以感觉到从钻石里发出的七彩光芒，并以红、蓝、**光芒为主，转动时可以看到如彩虹一般的光芒。完全折射的光让钻石感觉到非常晶莹透亮，光芒四射，充满魅力。

而当钻石台面过小，亭深过大时，光会在经过一次折射后从另一端的亭部逸出，从而让钻石显得暗淡无光；而钻石台面过大，亭部过浅，光线未经折射就已经直接从钻石亭部漏出了，当然不会反射出七彩的光芒。

理想切工是大部分的光线从台面进后经过内部折射从台面出，最完美的切工就是完全一光不漏的理想反射，当然这是一种理想状态了，未必那么苛求。

现在我们知道了，这些比率其实是影响光在钻石里的路径，而光的路径就直接影响钻石的火彩，所以它们的数据如何才是标准，这点至关重要。现在我们来看看我们国家的标准是什么，我们国家的钻石切工比率标准偏向于比利时HRD标准。

国家标准钻石切工比率分级表

级别/

测量项目 一般 好 很好 好 一般

台宽比 ≤500 510～520 530～660 670～700 ≥710

冠高比 ≤85 90～105 110～160 165～180 ≥185

腰厚比 0～05 （极薄） 10～15 20～45 50-75 ≥80

亭深比 ≤395 400～410 415～450 455～465

如何辨别钻石的真伪？钻石作为世界上最硬最贵重的宝石，一直受到女性的喜爱和支持，钻石是经过考虑的钻石，钻石是天然矿物，是钻石的原石简而言之，钻石是由地球深层高压、高温条件下碳组成的单质晶体那个开采极高，所以价格现在也是最高的这么贵重的东西买假货会吃亏那么，购买钻石时如何区分钻石的真伪呢？

钻石看大小，看切割，看钻石质量，切割，一般用肉眼看，切割好，反射光泽多，颜色多的钻石质量分级，一般商店多的是极微缺陷级VVS、微缺陷级VS和缺陷级SI普通人买的VS和VVS很多不要只看这个等级VVS比VS好，但是如果切割不好的话，VVS看起来比VS的钻石白，但是没有光泽，所以比切割的VS的钻石好最重要的是！买的时候必须让业者发行鉴定证明书

颜色

颜色直接影响钻石的质量和价格国标钻石的颜色等级因系统而异:

D级，100分，极白(完美)

E级，99分，极白(优秀)

F级，98分，优白(优)

G级，97分，优白(良)

H级，96分，白色(一般)

以下有i、j、k、l、m、n、

纯度

的净度也直接影响钻石的价格，每颗钻石都是独一无二的钻石的内含物越少，光的折射越多，钻石也越闪耀！

净度分为IF(镜下无瑕级别)、VVS1、VVS2、VS1、VS2、SI1、SI2、I8个等级，其中IF级别最好，价格也最高，I级别最差

切割

切割的钻石对钻石的亮度和火彩有很大影响，使钻石暗淡失色因此，切割好的钻石价值也很高！

重量

钻石重量单位克拉，1克=5克拉1克=100分越大的钻石越稀有，价格也在平方比上升但是，两颗相同克拉重量的钻石，价值也因颜色、纯度、切割而大不相同

钻石是天然物质中最硬的物质，也称为钻石钻石可以划分其他宝石，但其他宝石不能划分钻石也可以用标准硬度计刻划，硬度不足9度的是假钻石但是，因为这样容易损伤宝石，所以不推荐使用

因为钻石具有亲油性，所以用笔在钻石表面划线的话，会变成连续的直线，其他宝石会变成断断续续的断断断续续的断断续续的断续续的断续续的断续续的断续续的断续续的断续续的断续续的断续续的断续续的断续续的断续续的断续续的断续续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断续的断有条件的话，也可以用10倍的放大镜观察在10倍放大镜下，许多钻石可以看到缺陷，有三角形的生长图案，钻石表面有红、橙、蓝等颜色的火光，光四射

当然，最准确可靠的方法是用导热器测量导热数据来区分真假钻石，但导热器的价格比较昂贵，一般由专业珠宝店配备

市场上常见的假钻石有以下几种

①锆石:与钻石非常相似，是钻石的最佳代用品鉴定方法是锆石由于偏光性和较大的双重折射率，在用10倍放大镜观察加工后的锆石棱面时，从顶面向下看，底部棱线有明显的双重影像，钻石无双重影像现象

②玻璃:玻璃折光率低，没有钻石般闪烁的彩色光，特别是沉入水中，完全没有玻璃制品的光辉，很快就会露出脚步

③苏联钻头:即立方氧化锆，最初苏联人开发成功，故名苏钻虽然是人工化合物，但在色散、折光率等方面与天然钻石非常接近，也具有火闪闪发光的魅力外观但硬度低(85)，可与钻石划分另外，热传导性远低于钻石，可以通过热传导器进行鉴定，正确区分

④水晶:水晶是天然矿物的透明水晶，加工后像钻石，但缺乏钻石的颜色光

世界四大钻石加工中心

钻石大小就是钻石重量，钻石的重量又是以克拉（又称卡）计算。1克拉=200毫克=02克。一克拉分为一百份，每一份称为一分。075克拉又称为75分，001克拉为1分。要挑选出一枚好的钻石还要根据钻石的颜色、净度、切工来判断，挑选好钻石的重量，还要看钻石的颜色，颜色越白月透明就越好，净度就是内含物越少越好，切工就是能尽可能折射出钻石的光芒就越好。综合以上，就可以挑到一枚适合自己的钻石了。钻石毕竟是天然形成的，重在它本身代表的意义。钻石和钻戒的价格也会有所相差，因为钻戒还需要设计费、各种人工费，所以购买钻戒的时候要根据自己的预算去购买。个人觉得钻戒意义做的比较好的品牌是Darry Ring，它是每位男士凭身份证一生只能定制一枚，送给最爱的人，寓意“一生唯一真爱”的戒指。这枚戒指之所以珍贵是因为一位男士一生只有一枚，所以每个女孩都梦想得到，如果你用这枚戒指求婚，你女朋友应该会很喜欢很感动的。

是不是在灯光下特别明显，你会感觉你的钻石有一层朦胧的白光？甚至有点蓝白色？

如果我没猜错的话，这应该是因为你的钻石的荧光性较强，所以在商店的专用灯光（色温和普通灯不同）照射下，钻石的荧光就显现出来了，你可以看一下你的证书上fluorescence这一项，应该不是NONE吧？

如果不是有荧光的话，那就可能是切工不好，导致你的钻石折射和火彩变差了，切工是3EX最好，就是Excllent的缩写，你看看你证书上是不是EX吧

再不然我也没办法解释了，要么就是你带的时间长了钻石上有污垢变脏了，清洗一下试一试，也可能只是你想多了。。。